双碳目标下电力系统结构演变及新型电力系统安全稳定

一、双碳目标下电力系统的结构演变二、新型电力系统的安全稳定1、双碳目标1、双碳目标——事关人类生存与可持续发展2024年全球年均温度较工业化前升温超过1.5℃,已突破《巴黎协定》目标值。根据联合国IPCC《全球升温1.5℃》特别报告，若全球升温超过2℃,将全方位对2018201931、双碳目标1、双碳目标——国际共识国家和地区碳中和时间国家和地区碳中和时间美国印度欧盟巴西南非韩国阿根廷日本澳大利亚泰国新西兰印度尼西亚沙特阿拉伯全球碳中和目标及其支撑体系世界主要国家碳中和目标计划时间表电虎圈1、双碳目标——中国行动2020年9月22日，习总书记在第75届联合国大会一般性辩论上，正式提出中“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”2025年9月24日，习总书记在联合“到2035年，中国风电和太阳能发电总装机容量达到2020年的6倍以上、1、双碳目标——能源是主战场2024年能源消费2024年能源消费放量的90%,其中电力行业CO₂排放量约占煤炭煤炭石油天然气1、1、双碳目标——电力是主力军2024年我国终端用能电气化率为28.8%。0.0%总体建筑工业交通■2024年■2060年预计电虎圈2、碳达峰目标下新型电力系统步伐——非化石能发电量持续上升火水核火水核10.0万10.0万2、碳达峰目标下新型电力系统步伐——火电利用小时持续下降2001-2030年中国发电设备年均利用小时数变化趋势(历史+预测)风电-历史太阳能历史总用小时，预则一核电-预谢风电-维测十四五o2、碳达峰目标下新型电力系统步伐——2、碳达峰目标下新型电力系统步伐——支撑十五五碳达峰2030年主要指标58亿吨+能源综合生产能力发电装机3、碳中和目标下的新型能源体系——电成为能源体系中心—-工业—-工业3、碳中和目标下的新型能源体系——化石燃料淡出能源产业2060年新型电力系统——清洁能源装机占97%,终端电能占比70%+然气);4、4、碳中和目标下的新型电力系统——发展路径电源侧电网侧用户侧储电源侧电网侧用户侧储能侧主“压能石”“ 发 发规演变路径演变路径5、碳中和目标下的新型电力系统——源侧结构演变5、碳中和目标下的新型电力系统——源侧结构演变清洁能源装机占比97%以上风光装机75-100亿KW,发电量15万亿KWH左右火电火电各类电源装机容量(亿千瓦)2024年数据来源：国家统计局《2024年国民经济和社会发展统计公报》146、碳中和目标下的新型电力系统——网侧结构演变传统电网的“葡萄架+葡萄串”结构；VV抽水蓄---抽水蓄---电6、碳中和目标下的新型电力系6、碳中和目标下的新型电力系统——网侧结构演变发电集中在主网、用电分散在配网发电集中在主网、用电分散在配网、7、碳中和目标下的新型电力系统——荷侧结构演变照明设备电锅炉感应炉显示屏照明设备电锅炉感应炉显示屏机床供水泵新型电力系统负荷电动汽车数据中心高铁列车船舶岸电系统新型电力系统负荷7、碳中和目标下的新型电力系统——荷侧结构演变集中式发集中式发时间8、碳中和目标下的新型电力系8、碳中和目标下的新型电力系统——储侧结构演变传统发电技术，即一次能源储能释放型(分钟级)发电技术；新型储能，由电力电子元件控制，调控速度快(毫秒级)输出函惯惯量响应8、碳中和时的新型电力系统——储侧结构演变负荷侧储能负荷侧储能电网侧储能1甘机绑能珠场前A来筑对比棉百算算9、碳中和目标下的新型电力系统——设备结构演变直流阀塔(一次))众号∵电虎圈直流阀塔(一次)9、碳中和目标下的新型电力系统——设备结构演变9、碳中和目标下的新型电力系统——设备结构演变数字发电数字输、变电数字配电数字用电微机保护系统(二次)调度自动化系统(二次)9、碳中和目标下的新型电力系统——设备结构演变换流阀器器一、双碳目标下电力系统的结构演变二、新型电力系统的安全稳定一、事故概况：2025年4月28日12时33分，西班牙、葡萄牙两国发生全国性大面积停电事故，损失负荷3090万千瓦，逾5000万摩洛哥24.4%。2024年最大负荷3827万干瓦(与云南省相当)。葡萄牙电网总装机2281万干瓦，其中风电占23.7%,光伏占17%。2024年最大负荷974万千瓦(略高于海南省)。输电网主要电压等级为400、200和150千伏。口西班牙电网与葡萄牙、法国和摩洛哥电网互联，其中与葡萄牙通过11回交流联络线紧密连接，与法国通过5回交流和2回直流(±320千伏，容量2×100万千瓦)相联，与摩洛哥通过2回交流海底电缆相联。●社会：赛事暂停、公共活动取消，局部民众恐慌抢购2.机组批量脱网：新能源机组保护策略保守，小幅扰动即跳闸，形成“扰动→跳闸→更大扰动”的正反馈恶性循环3.动态备用不足：电网同步机组(火电)预留不足，无足够惯量、调压资源兜底七、启示3、新型电力系统的结构与特性深刻演变，带来了不同于传统电力系统的新的安全稳定问题。电网(输、变、电网(输、变、配)连接源荷随机用电“骆驼曲线”&随机用电“骆驼曲线”&“源随荷动”调控机制调频任务的分配调频任务的分配AGC在60s至5分钟内2、2、传统电力系统安全稳定——暂态稳定已知参数已知参数单机无穷大经典模型的可计算示例单机无穷大经典模型的可计算示例故障中0.550sin80°0临界条件临界条件●初始角计算链初始角计算链不稳定平衡点临界切除角临界切除时间●数值积分故障中摆动方程适用边界●经典模型、给定故障前/中/后曲线●多机系统需做时域稳定计算2、传统电力系统的安全稳定——稳定问题分类程程婶姓婶姓公众号公众号·电虎圈3、新型电力系统的安全稳定——稳态运行新型电力系统发用曲线：微笑曲线(风电)+馒头曲线(光伏)=元宝曲线(风光);骆驼曲线(用电负荷)负荷(亿千瓦)时刻(小时/15分钟)②风光新能源：随机变化的“元宝曲线”,是提供电量的主力电③其他电源：为调节性或兜底性电源，配合风光新能源消纳，并平衡负荷变so0060004000造成低谷调峰困4,难放电4调节3、新型电力系统的安全稳定——稳态运行主网主网源配网荷、支撑源荷平衡抽水蓄---抽水蓄---2降压变电站用户传统电力系统——源+网(输、配电线路、变电站等)+荷新型电力系统——源+网(输、配电线路、变电站等)+荷+储3、新型电力系统的安全稳定——稳定问题分类传统电力系统稳定问题分为功角稳定、电压稳定和频率稳定三大类，而对于新型电力系统，增加了谐振稳定问题和变流器驱动稳定问题等。此外，由于电力电子元件的不断接入，传统的功角稳定、电压稳定、频率稳定问题也发生一系列的演变，产生一系列新问题。视嗓及环境监视电压无功控制变输发用电力电子装备没有大惯量的物理转子，其电压和频率的生成由控制算法决定物理同步系统动态特性发生显著变化!3、新型电力系统的安全稳定——电磁+电子理论基础能源转换产生，电压、电流、功率等物理量由电输、变、配、用3、新型电力系统的安全稳定——电磁+电子理论基础具备传统电力系统特征的局部系统采用传统计算方法，电力电子主导的局部系统物理量由控制决定。全系统物理量由“控制策略+计算分析”综合确定。V电能双向传递电能双向传递VV一、双碳目标下电力系统的结构演变二、新型电力系统的安全稳定提出光电效应理论。爱迪生建立了早期电力系统，特斯拉开创了交流电技术，贝尔实验室科学家们发展了光伏发电技术。强电(电力)科技的不断发展，促进了由发、输、变、配、用电设备连接而成的电力系统，将人类带入电气化时代，构建了空前的能量大机器。453.电力转型加快步伐。温室效应对地球生态环境的破坏性影响巨大国际共识。实现碳中和，能源是主战场，电力是主力军，倒逼以火电为主的传统电力系统，