南方電網數(shù)字電網集團有限公司 陳浩敏 馬赟

收稿日期：2022-05-05

作者簡介：陳浩敏（1977—），男，廣東潮州人，碩士，高級工程師，研究方向：智能變電站領域。

支撐新型電力系統(tǒng)的數(shù)字電網標準體系，以標準化支撐新型電力系統(tǒng)建設，統(tǒng)籌標準體系頂層設計，以促進新型電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)和產業(yè)鏈條整體協(xié)調發(fā)展，以支撐實現(xiàn)雙碳戰(zhàn)略目標[1]。

能源活動是當前碳排放的最主要來源，而電力行業(yè)在能源行業(yè)中排放量最高，電力行業(yè)減碳甚至零碳，將是碳達峰、碳中和的勝負手，也將影響各行各業(yè)減碳進程。新型電力系統(tǒng)使用的能源以新能源為主，構建現(xiàn)代能源體系，減少碳排放量，是保障能源供應安全和推動能源革命的重要戰(zhàn)略舉措，同時也為我國積極應對氣候變化、促進了碳中和、碳達峰目標的實現(xiàn)。

目前，電力系統(tǒng)相關標準建設逐步完善，在發(fā)電、輸電、變電、配電和用電多個專業(yè)領域涉及規(guī)劃、設計、制造、施工、運行等多個環(huán)節(jié)。但是，在碳達峰、碳中和目標要求下，新的技術突破大量涌現(xiàn)，國內外尚未形成統(tǒng)一的新型電力系統(tǒng)標準體系。為此，本文提出支撐新型電力系統(tǒng)的數(shù)字電網標準體系，以支撐實現(xiàn)碳達峰、碳中和戰(zhàn)略目標[2,3]。

1 新型電力系統(tǒng)的主要特征

1.1 綠色高效

電力電子裝備的廣泛應用在提升能效的同時將使需求側電力電子化特征更加凸顯,傳統(tǒng)電源需要消耗的能源多，碳排放量大?！半p碳”目標下，新能源成為支撐電力市場的主要能源，能滿足不同市場的需求。優(yōu)化配置和有效利用資源，這對靈活高效的市場機制設計與實現(xiàn)技術提出了更高要求。

1.2 柔性開放

智能微電網具有供電可靠性強、對分布式電源并網滲透率高的特點，推廣智能電網在市中心、郊區(qū)以及工業(yè)園區(qū)的應用，推動新能源的柔性并網和分布式開放接入，需要加快研究儲能技術，新能源和儲能協(xié)調開發(fā)多樣化的新模式和源網荷儲的融合發(fā)展，推動了數(shù)字電網技術的發(fā)展和電網的現(xiàn)代化發(fā)展[4]。

1.3 數(shù)字賦能

數(shù)字賦能用數(shù)據(jù)打通源網荷儲的每一個環(huán)節(jié)，其主要生產要素是數(shù)據(jù)，發(fā)電側具有發(fā)電覆蓋全面化、精確度高、高度可控性的特點，電網側主要利用云邊融合體系進行系統(tǒng)調控，用電側聚合資源，獲取用電實時動態(tài)。

2 新型電力系統(tǒng)建設新要求

新型電力系統(tǒng)中新能源將成為主力電源，新能源對改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的結構形態(tài)具有重要作用，新型電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)高比例新能源與高比例電力電子特性，對可靠供電、安全穩(wěn)定和經濟運行帶來新的挑戰(zhàn)，為迎接挑戰(zhàn)，需要對電力、電網安全和電能供應這三者的關系進行統(tǒng)籌管理。

2.1 需統(tǒng)籌好新能源與電力保障的關系

保障人們的生活質量和經濟的高速發(fā)展，需要保證供電質量，目前，新能源發(fā)電存在著波動性大、供電不穩(wěn)定的特點，電力支撐能力不足，另外新能源發(fā)電對極端天氣的耐受能力相對脆弱，需要提供電量替代效益，保障供電穩(wěn)定和經濟的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 需統(tǒng)籌好新能源與電網安全的關系

新型電力系統(tǒng)在延續(xù)交直流串/并聯(lián)特征的同時，由于源網荷儲各環(huán)節(jié)高度電力電子化，將呈現(xiàn)低轉動慣量、寬頻域振蕩等新的動態(tài)特征，系統(tǒng)功角穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定問題更加復雜。

2.3 需統(tǒng)籌好新能源與電能供應經濟性的關系

新能源受天氣的影響大，每年發(fā)電的利用率小、能量低，受地域影響，大型新能源基地位于偏遠地區(qū)，供電不可靠，加大了電力系統(tǒng)的建設運營成本。

3 數(shù)字電網全面賦能新型電力系統(tǒng)構建

伴隨第四次工業(yè)革命的浪潮，以云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網、移動互聯(lián)、人工智能、區(qū)塊鏈、網絡安全為代表的數(shù)字化技術崛起，數(shù)據(jù)的全面采集、存儲、分析、計算能力得到不斷提升，數(shù)字化技術與電網業(yè)務深度融合，滲透至電力發(fā)、輸、變、配、售、用各環(huán)節(jié)，成為企業(yè)數(shù)字化轉型的驅動力，深刻地改變了電力企業(yè)生產、經營和管理方式，帶來用戶體驗的提升，以及實現(xiàn)新的業(yè)務模式的創(chuàng)新，數(shù)字電網關鍵技術如表1所示[5-7]。

表1 數(shù)字電網關鍵技術表Tab.1 Key technology table of digital grid

電網數(shù)字化轉型需要利用網絡安全標準和電網數(shù)據(jù)模型，利用數(shù)字孿生技術，構建數(shù)字電網?！八懔Α钡男纬尚枰脭?shù)字技術平臺，利用互聯(lián)網技術連接電網業(yè)務的各個環(huán)節(jié)，構建一個感知強大、決策執(zhí)行力高的數(shù)字電網系統(tǒng)，更新傳統(tǒng)電網的經營模式，構建“電力+算力”模式的電網新能源體系[8,9]。

數(shù)字技術在電力系統(tǒng)和綜合能源系統(tǒng)中的應用，將改變能源傳統(tǒng)利用模式，推動能源電力各環(huán)節(jié)加速向數(shù)字化、智能化發(fā)展，促進能源電力市場化改革和綠色低碳發(fā)展，滿足用戶高質量用能用電需求?；跀?shù)字化的信息與物理系統(tǒng)融合將成為新型電力系統(tǒng)的顯著特征，新一代數(shù)字技術將成為推動新型電力系統(tǒng)發(fā)展的核心動力。在新型電力系統(tǒng)中；云計算、物聯(lián)網提供超大規(guī)模信息連接和處理能力，奠定新型電力系統(tǒng)關鍵的數(shù)字基礎設施；區(qū)塊鏈提供高強度的數(shù)據(jù)管理和保護能力，構筑新型電力系統(tǒng)生態(tài)發(fā)展的安全核心。

4 數(shù)字電網支撐構建新型電力系統(tǒng)標準體系

新型電力系統(tǒng)需要實現(xiàn)“源網荷儲”高度協(xié)同，使電網服務從以“優(yōu)質電力”為核心的主營業(yè)務拓展到以“強大算力”為核心的數(shù)字產業(yè)領域，不斷培育新產品、新模式、新業(yè)態(tài)、新場景，為企業(yè)帶來全方位的變革，進一步推動數(shù)字經濟創(chuàng)新發(fā)展。

為此，本文開展支撐構建新型電力系統(tǒng)的數(shù)字電網標準體系研究（具體如圖1所示），統(tǒng)籌標準體系頂層設計，基本形成覆蓋源、網、荷、儲各方面，涵蓋規(guī)劃設計、工程建設、物資采購和生產運行等各環(huán)節(jié)的國家標準、行業(yè)標準、團體標協(xié)調統(tǒng)一的標準體系，以促進新型電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)和產業(yè)鏈條整體協(xié)調發(fā)展[10-12]。

數(shù)字電網支撐構建新型電力系統(tǒng)技術標準體系，從源網荷儲、數(shù)字技術、能源生態(tài)等不同方面，研究構建新型電力系統(tǒng)標準需求，明確各領域、各層級標準關系，為制定各領域技術專業(yè)標準提供基礎和指導。

4.1 基礎標準

為實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標，經濟社會發(fā)展需要全面綠色轉型，其中能源的綠色低碳發(fā)展是關鍵，電力系統(tǒng)作為能源轉型的主力軍要走綠色低碳的高質量發(fā)展道路，清潔低碳是建設新型電力系統(tǒng)的核心要求，是新型電力系統(tǒng)技術標準體系的核心組成部分，也是新型電力系統(tǒng)技術標準體系與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)技術標準體系的首要區(qū)別。

4.2 電源標準

發(fā)電側方面需要統(tǒng)籌煤炭等化石能源和水、風、光等清潔能源與多能互補技術標準，為形成以新能源為主體的電力供應格局提供支撐；加強煤電靈活性改造及抽水蓄能、燃氣發(fā)電等傳統(tǒng)調峰電源技術標準建設，為充分挖掘靈活調節(jié)和協(xié)調運行能力提供支撐。

4.3 電網標準

電網側方面，需要優(yōu)化完善各級各類網絡輸電、變電技術標準體系；加強配電網改造升級、分布式電源與微網相關標準建設，支撐分布式新能源高效就地消納，推動微電網更深層次發(fā)展。新能源的大規(guī)模發(fā)展將使電力系統(tǒng)面臨靈活性資源不足、新能源消納能力不足、系統(tǒng)可靠性下降、配網側運維管理難度加大等一系列挑戰(zhàn)，新型電力系統(tǒng)技術標準體系需要相應有新的發(fā)展。

4.4 負荷標準

安全穩(wěn)定是新型電力系統(tǒng)的底線要求，也是新型電力系統(tǒng)能夠持續(xù)運轉的基本前提。當前我國多區(qū)域交直流混聯(lián)的大電網結構日趨復雜，間歇性、波動性新能源發(fā)電接入電網規(guī)?？焖贁U大，新型電力電子設備應用比例大幅提升，極大地改變了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的運行規(guī)律和特性，在特殊情況下容易出現(xiàn)電力安全供應問題。此外，隨著電力系統(tǒng)物理和信息層面互聯(lián)程度提升，人為外力破壞或通過信息攻擊手段引發(fā)電網大面積停電事故等非傳統(tǒng)電力安全風險也在增加。因此，要支撐新型電力系統(tǒng)應對各類安全風險和挑戰(zhàn)，技術基礎標準體系中需要有安全穩(wěn)定通用標準作為制定技術標準、管理標準、工作標準的基礎。

4.5 儲能標準

要加強多種儲能技術的標準體系建設，支撐儲能技術創(chuàng)新與商業(yè)化發(fā)展。推進電力系統(tǒng)備用技術標準體系建設，支撐其為特殊情況下電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供保障。數(shù)字化與智能化是新型電力系統(tǒng)實現(xiàn)清潔、低碳、安全、高效的重要技術支撐和戰(zhàn)略性抓手，是承載新型電力系統(tǒng)的最佳形態(tài)。新型電力系統(tǒng)技術標準體系需要支撐能源電力系統(tǒng)與互聯(lián)網技術深度融合，推動電力系統(tǒng)數(shù)字化升級改造和智能化技術應用，實現(xiàn)發(fā)電側、電網側、用戶側智能化與有機融合，形成一個整體、高效、科學、互動的新一代智慧能源系統(tǒng)，以保障能源電力系統(tǒng)以安全高效的方式朝著清潔低碳方向發(fā)展。因此，數(shù)字技術標準應作為技術基礎標準體系的一部分，與各生產階段深度融合，這也是區(qū)別于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)技術標準體系的重要方面。

4.6 能源生態(tài)標準

經濟高效是新型電力系統(tǒng)的運行特征及現(xiàn)實要求。完善的電力市場體制是支撐新型電力系統(tǒng)經濟高效運轉的機制保障，新型電力系統(tǒng)技術標準體系需要構建有效競爭的市場結構和市場體系，形成適合我國國情的市場化機制，充分調動系統(tǒng)靈活性，促進源網荷儲互動，實現(xiàn)提升系統(tǒng)運行效率、全局優(yōu)化配置資源的目標。因此，作為電力系統(tǒng)運行的關鍵環(huán)節(jié)，電力經濟在技術專業(yè)標準體系中占據(jù)越來越重要的地位，并隨電力體制改革的深化不斷健全，這也是完善的新型電力系統(tǒng)技術標準體系的重要標志。

5 結語

為實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標，我國新能源將進一步跨越式發(fā)展，繼續(xù)以數(shù)倍于用電負荷增長的速度新增并網，成為電力系統(tǒng)的主體電源，由此帶來了一系列的影響。數(shù)字電網依托新一代數(shù)字技術，整合多元異構數(shù)據(jù)，應用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術，從“源網荷儲”各側數(shù)字賦能新型電力系統(tǒng)，有效承載新型電力系統(tǒng)中大規(guī)模新能源的安全、可靠、高效接入。支撐構建新型電力系統(tǒng)的數(shù)字電網標準體系將為電力系統(tǒng)適應新能源的大規(guī)模發(fā)展提供支撐與指導，解決新能源大規(guī)模發(fā)展帶來的消納、調節(jié)、運行、治理挑戰(zhàn)，推動新型電力系統(tǒng)實現(xiàn)清潔低碳、安全可靠、智慧靈活、經濟高效運轉。