葛磊蛟，崔慶雪，李明瑋，劉自發(fā)，夏明超

（1.天津大學(xué) 電氣自動化與信息工程學(xué)院，天津 300072；2.河北工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院，天津 300130；3.華北電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院，北京 102206；4.北京交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，北京 100044）

0 引言

為應(yīng)對不斷加劇的化石能源消耗帶來的溫室效應(yīng)、環(huán)境污染等一系列問題，世界各國正經(jīng)歷著關(guān)鍵的能源轉(zhuǎn)型變革［1］。2021 年3 月15 日，中央財經(jīng)委員會第九次會議中指出要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。這一決策為我國能源電力發(fā)展和轉(zhuǎn)型指明了行動綱領(lǐng)和方法路徑。同年3 月，國家電網(wǎng)有限公司發(fā)布了“雙碳”目標(biāo)行動方案，提出加快構(gòu)建智能電網(wǎng)，著力打造清潔能源優(yōu)化配置平臺。在應(yīng)對全球氣候變化挑戰(zhàn)的背景下，以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的“低碳經(jīng)濟(jì)”已成為國際熱點(diǎn)，勢必為能源電力行業(yè)的發(fā)展帶來全新挑戰(zhàn)：能源供應(yīng)、能源消納、能源信息化、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、新興能源技術(shù)應(yīng)用等都需要緊扣低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主題做出新的調(diào)整和部署［2］。

新型電力系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是基于現(xiàn)有電力系統(tǒng)全面轉(zhuǎn)型升級。具體而言，在電力低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑下，以風(fēng)光為代表的新能源將成為電力供應(yīng)主體［3］。與此同時，新型電力系統(tǒng)規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行等都需要基于對多態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)、運(yùn)行環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)等電量或非電量信息的精準(zhǔn)感知，才能實(shí)現(xiàn)全面統(tǒng)籌考慮。例如近期受煤電供應(yīng)緊張、煤炭價格漲幅明顯等因素的影響，多地出現(xiàn)了限產(chǎn)限電現(xiàn)象［4］，給居民生活、工業(yè)生產(chǎn)等都帶來了困擾。因此，對系統(tǒng)全面、及時、精準(zhǔn)的感知是保障系統(tǒng)安全的前提條件，是系統(tǒng)向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的技術(shù)基礎(chǔ)，也是目前發(fā)展新型電力系統(tǒng)的技術(shù)瓶頸。在此背景下，新型電力系統(tǒng)出現(xiàn)靈活性建設(shè)不足、精準(zhǔn)感知深度不足、海量接入管理無法處理、缺乏實(shí)時調(diào)度輔助決策等問題，態(tài)勢感知被認(rèn)為是解決上述問題的關(guān)鍵技術(shù)之一［5-6］，力圖實(shí)現(xiàn)對新型電力系統(tǒng)源-網(wǎng)-荷-儲各環(huán)節(jié)運(yùn)行態(tài)勢全景感知。

態(tài)勢感知技術(shù)是在大規(guī)模系統(tǒng)環(huán)境中，對能夠引起系統(tǒng)態(tài)勢變化的要素進(jìn)行獲取、理解、顯示并預(yù)測未來發(fā)展趨勢等活動的一種技術(shù)［7］。近年來，云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等數(shù)字化技術(shù)發(fā)展迅速，為電力系統(tǒng)運(yùn)維智能化轉(zhuǎn)型提供新方向和新技術(shù)。態(tài)勢感知正是基于相關(guān)數(shù)字化技術(shù)，以數(shù)字化技術(shù)為傳統(tǒng)電網(wǎng)賦能，提升電網(wǎng)的感知能力和運(yùn)行質(zhì)量［8］，成為支撐新型電力系統(tǒng)各應(yīng)用場景的關(guān)鍵技術(shù)。

為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)下新型電力系統(tǒng)的低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，從源-網(wǎng)-荷-儲各個方面對新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵問題進(jìn)行分類，梳理國內(nèi)外關(guān)于新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知技術(shù)的研究，并應(yīng)用態(tài)勢感知技術(shù)適應(yīng)新型電力系統(tǒng)多樣化、差異化的不同場景：首先，從源-網(wǎng)-荷-儲4 個方面梳理新型電力系統(tǒng)的特征變化以及出現(xiàn)的新問題；然后，闡述態(tài)勢感知技術(shù)的內(nèi)涵，并展示新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知技術(shù)應(yīng)用的最新進(jìn)展；最后，從低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度，分析以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)，并提煉支撐其發(fā)展的態(tài)勢感知關(guān)鍵技術(shù)。本文囊括態(tài)勢感知適應(yīng)新型電力系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)以及發(fā)展瓶頸，能為當(dāng)下圍繞低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的新型電力系統(tǒng)的技術(shù)研究和發(fā)展提供一定參考。

1 新型電力系統(tǒng)的特征及主要問題

在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下，以高滲透率的可再生能源、高比例的電力電子設(shè)備、高速增長的直流負(fù)荷“三高”為主要特征的新型電力系統(tǒng)正在逐步形成，由此導(dǎo)致的不確定性和復(fù)雜性直接或間接地影響著電力系統(tǒng)的規(guī)劃、調(diào)控、運(yùn)行和分析。下面，從源-網(wǎng)-荷-儲4 個方面深入分析新型電力系統(tǒng)的特征變化和當(dāng)前的主要問題。

1.1 電源側(cè)

新型電力系統(tǒng)以新能源為主體，匯集了石油、天然氣等常規(guī)電源以及高比例風(fēng)/光等可再生能源。根據(jù)《中國可再生能源展望》［9］，2050年，發(fā)電量占比39%的光伏以及占比33%的風(fēng)能將在新能源中占據(jù)主導(dǎo)地位，非化石能源將占終端電能消費(fèi)比例的70%，預(yù)計2050 年各類發(fā)電形式的占比如圖1所示。

圖1 預(yù)計2050年各類發(fā)電形式的占比情況Fig.1 Predicted energy mix in 2050

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)電源側(cè)燃煤機(jī)組出力精準(zhǔn)可控，負(fù)荷側(cè)用電量基本能夠預(yù)測，采用“源隨荷動”的調(diào)控方式實(shí)現(xiàn)供需平衡；而新能源大規(guī)模并網(wǎng)、煤電逐步關(guān)停后，電源側(cè)發(fā)電量將無法控制［10］，導(dǎo)致電網(wǎng)對新能源管控能力不足，新型電力系統(tǒng)電力電量平衡運(yùn)行的方法發(fā)生顯著變化。

目前，電源側(cè)主要存在以下問題。

（1）煤電退出路徑簡單。基于滿足電量需求、電力需求和滿足靈活性的要求，火力發(fā)電機(jī)必須處于待機(jī)狀態(tài)，以便在高峰期和天氣惡劣時提供電力、平衡需求［11］。因此，從能源結(jié)構(gòu)上看，石油、煤炭等化石能源仍占據(jù)并將在短期內(nèi)持續(xù)占據(jù)我國能源供給側(cè)的主導(dǎo)地位［12］，電力的發(fā)展也會受其二氧化碳排放的制約，2010 —2020年我國年平均煤電利用小時數(shù)如圖2所示。

圖2 2010 —2020年平均煤電利用小時數(shù)Fig.2 Average coal power utilization hours from 2010 —2020

“雙碳”目標(biāo)下，煤電定位逐步由主體電源向承擔(dān)快速爬坡、調(diào)頻及應(yīng)急備用的輔助電源轉(zhuǎn)變。在煤電機(jī)組退出路徑設(shè)計中，不能簡單削減煤電的占比，要在清潔高效開發(fā)利用的基礎(chǔ)上，逐步降低煤電機(jī)組設(shè)備數(shù)量［13］。同時，雖然傳統(tǒng)火電逐步向調(diào)峰電源發(fā)展，但由于煤電靈活性不足，無法實(shí)現(xiàn)瞬時出力，不能保證發(fā)電側(cè)的穩(wěn)定輸出，因此火電與可再生能源發(fā)電的協(xié)調(diào)技術(shù)也是亟須解決的難題之一。

（2）新能源并網(wǎng)的成本與安全問題。成本問題：新能源功率預(yù)測準(zhǔn)確度與系統(tǒng)備用容量及成本呈負(fù)相關(guān)，因此為提升新能源預(yù)測能力，其并網(wǎng)成本（包括輸配電成本、容量成本與平衡成本）有待降低。初步估算我國風(fēng)電和光伏發(fā)電量占比上升到20%時，發(fā)電成本約增加0.03元/（kW·h）；占比上升到30%時，成本約增加0.06 元/（kW·h）［14］。隨著可再生能源發(fā)電并網(wǎng)比例的提高，靈活性電源改造、系統(tǒng)調(diào)節(jié)運(yùn)行、電網(wǎng)建設(shè)等方面系統(tǒng)性成本的增加不可忽略。

安全問題包括：1）缺乏新能源機(jī)組的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。由于各機(jī)組電壓穿越能力、故障支撐能力參差不齊，易引發(fā)大規(guī)模脫網(wǎng)事故［15］。2）風(fēng)險預(yù)警技術(shù)不完善。新能源故障類型多、特性差異大，目前缺少識別提煉故障特征的信息技術(shù)。

隨著可再生能源的大量接入、化石能源的比例逐漸降低，新型電力系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)越來越難以預(yù)見，電源側(cè)面臨著能源類型多樣、特性差異大的難題，需要利用量測優(yōu)化配置技術(shù)、能源接納能力影響因素分析技術(shù)、分布式能源優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)等態(tài)勢感知技術(shù)解決傳統(tǒng)能源與新能源的協(xié)同運(yùn)行問題。

1.2 電網(wǎng)側(cè)

在新型電力系統(tǒng)中，油氣管網(wǎng)/供熱網(wǎng)/冷熱電聯(lián)供等多種資源網(wǎng)絡(luò)，5G/4G 等無線專網(wǎng)、光纖專網(wǎng)等新型物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，形成了能量流和信息流等多種網(wǎng)絡(luò)彼此交叉融合態(tài)勢［16］。系統(tǒng)擁有強(qiáng)大的感知能力和快速應(yīng)變能力，支持高比例新能源和電力電子設(shè)備參與電力調(diào)控全過程［17］。因此，新型電力系統(tǒng)中的電網(wǎng)具有其他能源輸配網(wǎng)絡(luò)無法比擬的優(yōu)勢：互聯(lián)互通范圍更廣、資源配置能力更強(qiáng)、管理效率更高、用戶互動潛力更大。

目前，電網(wǎng)側(cè)主要存在以下問題。

（1）電氣設(shè)備傳感技術(shù)有待提升?？煽康谋O(jiān)測數(shù)據(jù)是運(yùn)維管控系統(tǒng)處理信息交互結(jié)果的基礎(chǔ)。電氣設(shè)備失效是危及電網(wǎng)運(yùn)行安全的重要原因，感知狀態(tài)參量可獲得電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，有助于制定合理的運(yùn)檢策略［18］。目前常規(guī)傳感技術(shù)存在以下問題：1）無法針對傳感設(shè)備自身老化或使用環(huán)境的變化進(jìn)行自我調(diào)整，不具備更新性；2）不具備信息處理與智能控制能力，不利于信息交互。

（2）電網(wǎng)市場機(jī)制滯后。鼓勵可再生能源并網(wǎng)交易不僅需要國家補(bǔ)貼政策的支持，還需要成熟的預(yù)測技術(shù)、完善的市場交易機(jī)制等條件［19］。可再生能源的不確定性與波動性導(dǎo)致其不具備常規(guī)可控能源參與市場的競爭力，需要建立相適應(yīng)的交易機(jī)制。

同時，電力輔助服務(wù)市場建設(shè)滯后，仍保持“計劃+市場”的傳統(tǒng)，未能建立與電力市場相融合的長效機(jī)制，導(dǎo)致參與電力系統(tǒng)調(diào)峰服務(wù)無法得到合理補(bǔ)償。現(xiàn)有研究仍是沿用國外現(xiàn)有的市場框架，缺乏對各市場主體行為的分析，導(dǎo)致可再生能源消納困難，浪費(fèi)嚴(yán)重。當(dāng)前可再生能源發(fā)展的市場交易價格機(jī)制對比見表1。

表1 可再生能源價格機(jī)制對比Table 1 Comparison of renewable energy price mechanisms

（3）主配網(wǎng)耦合增強(qiáng)。新能源高比例接入電網(wǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)架構(gòu)日益復(fù)雜且主配網(wǎng)呈現(xiàn)一定的不協(xié)調(diào)，破壞電網(wǎng)整體的穩(wěn)定運(yùn)行以及電網(wǎng)內(nèi)部電源的運(yùn)行，甚至?xí)?dǎo)致局部區(qū)域的癱瘓。在設(shè)備停電檢修計劃、實(shí)時運(yùn)行風(fēng)險評估、故障處置等方面，均需要綜合輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)的信息，以避免主配變化不匹配。考慮到目前輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)一般采用各自獨(dú)立建設(shè)的模式［20］，目前亟須建立主配網(wǎng)統(tǒng)一模型，打破主配網(wǎng)信息交互的壁壘。

由于新型電力系統(tǒng)場景多樣、數(shù)據(jù)量大、運(yùn)行態(tài)勢復(fù)雜，隨著同步相量測量單元（Phasor Measurement Unit，PMU）、智能電表等電氣設(shè)備的快速部署，采集的電力數(shù)據(jù)缺乏反映系統(tǒng)故障或不良運(yùn)行狀態(tài)的信息，對電力市場交易信息、機(jī)制運(yùn)行效果理解不到位，需要結(jié)合PMU 優(yōu)化配置技術(shù)、高級量測體系構(gòu)建技術(shù)、數(shù)據(jù)缺失條件下的電網(wǎng)分析技術(shù)、用戶參與系統(tǒng)調(diào)度技術(shù)等態(tài)勢感知技術(shù)獲取可靠的系統(tǒng)管理運(yùn)行數(shù)據(jù)和用戶用電數(shù)據(jù)以及完善用戶參與電網(wǎng)調(diào)度的交易機(jī)制。

1.3 負(fù)荷側(cè)

由于分布式發(fā)電、可調(diào)節(jié)負(fù)荷、電動汽車［21］等負(fù)荷側(cè)靈活性調(diào)節(jié)資源的快速增長，電力市場主體將從單一化向多元化轉(zhuǎn)變，新型電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從“源隨荷動”到“源荷互動”的轉(zhuǎn)變［22］。

負(fù)荷側(cè)主要呈現(xiàn)2個特點(diǎn)：（1）多樣性。包括分布式電源的廣泛接入和用戶側(cè)負(fù)荷設(shè)備的多元化發(fā)展［23］。（2）聚合性。通過智能的優(yōu)化方法將資源聚合成為電網(wǎng)運(yùn)行需求的虛擬主體。

目前，負(fù)荷側(cè)主要存在以下問題。

（1）負(fù)荷預(yù)測困難。一方面，在碳達(dá)峰之前，電動汽車、溫控負(fù)荷、工業(yè)負(fù)荷等柔性負(fù)荷的接入使新型電力系統(tǒng)具備了自主調(diào)節(jié)能力，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)“源隨荷動”的平衡模式開始向“源荷互動”的雙向模式轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致負(fù)荷的不確定性問題更加突出［24］。另一方面，“雙碳”目標(biāo)下的能源消費(fèi)“雙控”政策，也將給高載能行業(yè)的用電及其增長帶來較高的不確定性，給整個系統(tǒng)的電力電量平衡帶來較大困難。因此，新型電力系統(tǒng)下的負(fù)荷預(yù)測呈現(xiàn)非線性和時序性，預(yù)測精度難以滿足要求［25］。

（2）負(fù)荷調(diào)度困難。一方面，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，電動汽車飛速發(fā)展，既給配電系統(tǒng)帶來龐大的增量負(fù)荷，也造成新型電力系統(tǒng)負(fù)荷具有明顯的時空分布特性。另一方面，電能替代導(dǎo)致空調(diào)、取暖器、熱水器等負(fù)荷增加，不同設(shè)備間的時域互補(bǔ)特征增加了新型電力系統(tǒng)負(fù)荷的靈活性。在新特征下，負(fù)荷的多重隨機(jī)性使現(xiàn)代新型電力系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化的目標(biāo)與約束日益復(fù)雜，優(yōu)化調(diào)度難度顯著增大［26］。

新型電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型復(fù)雜、數(shù)據(jù)規(guī)模大、不確定性因素多，導(dǎo)致系統(tǒng)用戶特點(diǎn)顯著、差異巨大，考慮到負(fù)荷側(cè)多樣性和聚合性的特點(diǎn)，需要利用反映負(fù)荷波動特性的不確定性建模技術(shù)、負(fù)荷分層分級預(yù)測技術(shù)、電動汽車和負(fù)荷接納能力評估技術(shù)、自適應(yīng)智能控制技術(shù)等態(tài)勢感知技術(shù)，促進(jìn)高精度、高可靠性的態(tài)勢感知技術(shù)在新型電力系統(tǒng)負(fù)荷側(cè)的應(yīng)用和發(fā)展。

1.4 儲能側(cè)

新型電力系統(tǒng)中的儲能技術(shù)具有雙向功率特性和靈活調(diào)整能力，支撐能源和信息實(shí)時交互，實(shí)現(xiàn)能量平衡、削峰填谷、動態(tài)穩(wěn)定、快速控制的目標(biāo)［27］。儲能設(shè)備作為電網(wǎng)重要的靈活性調(diào)節(jié)資源，滿足電網(wǎng)需求響應(yīng)，提升電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的協(xié)同互動水平，解決棄風(fēng)棄光問題［28］。當(dāng)前，中國儲能產(chǎn)業(yè)正處于政策驅(qū)動向市場驅(qū)動的過渡階段，儲能必須圍繞電網(wǎng)的高彈性、服務(wù)的普惠性、技術(shù)的創(chuàng)新性、資源的共享性，加速技術(shù)和商業(yè)模式創(chuàng)新［29］。國內(nèi)儲能電站建設(shè)處于起步階段，其運(yùn)行控制、狀態(tài)評價等都缺乏經(jīng)驗(yàn)。

目前，儲能側(cè)主要存在以下問題。

（1）儲能技術(shù)有待突破。目前，廣泛應(yīng)用的大規(guī)模儲能技術(shù)是物理儲能、電磁場儲能和電化學(xué)儲能，常用的儲能技術(shù)如電池、壓縮空氣儲能等，因成本較高而無法在電力系統(tǒng)中大規(guī)模應(yīng)用和推廣。未來中國儲能技術(shù)將呈現(xiàn)更加多元化的趨勢并形成多種技術(shù)并行的局面。不同儲能技術(shù)路線發(fā)展比較如圖3所示。

圖3 不同儲能技術(shù)路線發(fā)展比較Fig.3 Comparison of the development routes of different energy storage technologies

（2）儲能電站監(jiān)測技術(shù)不再適用。儲能電站的健康狀態(tài)、老化特性和運(yùn)行工況直接影響儲能電站的性能［15］。目前，在復(fù)雜工況下，儲能電站受材料、生產(chǎn)工藝、運(yùn)行環(huán)境、管理方式等不確定因素的影響，儲能電池內(nèi)部呈非線性動態(tài)變化特性，加之電池狀態(tài)評估算法尚不成熟，傳統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)值建模分析和模擬仿真手段不再適用。儲能監(jiān)控系統(tǒng)（Energy Storage Monitoring System，ESMS）是聯(lián)結(jié)儲能調(diào)度和儲能系統(tǒng)的橋梁，構(gòu)建規(guī)?；⒁?guī)范化的儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)是當(dāng)務(wù)之急。

（3）大規(guī)模電動汽車儲能潛力挖掘困難。電動汽車同時具備儲能和負(fù)荷的雙重性質(zhì)，大規(guī)模電動汽車通過聚集行為形成潛力巨大的儲能資源參與電網(wǎng)調(diào)度控制，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)頻的功能。

然而，目前尚缺乏電動汽車全數(shù)據(jù)鏈動態(tài)行駛以及隨機(jī)充放電行為分析與多時間尺度下計及用戶行為特征的電動汽車虛擬儲能調(diào)控方法。因此，亟須開展基于儲能云的電動汽車集群優(yōu)化與虛擬儲能關(guān)鍵技術(shù)研究。

常規(guī)電源調(diào)節(jié)難以應(yīng)對新能源日內(nèi)功率波動，新能源消納存在明顯缺陷，高滲透率電動汽車的并網(wǎng)提升了電力系統(tǒng)靈活性，但也增加了系統(tǒng)運(yùn)行的不確定性，為全面系統(tǒng)地掌控評估新型電力系統(tǒng)儲能側(cè)運(yùn)行效果，需要結(jié)合新型電力系統(tǒng)大數(shù)據(jù)與云平臺技術(shù)、電動汽車接納能力評估技術(shù)、儲能價值分析技術(shù)、源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)同優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)等態(tài)勢感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)電能調(diào)度的全局感知。

綜上分析，電力系統(tǒng)將向強(qiáng)不確定性系統(tǒng)演變，向電力電子設(shè)備主導(dǎo)演變，向全局智能化、數(shù)據(jù)化演變，整體框架如圖4所示。

圖4 新型電力系統(tǒng)的主要特征和關(guān)鍵難題Fig.4 Main features and key challenges of the new power system

新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵特征主要包括：1）清潔替代，電能替代；2）源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)調(diào)控制更加靈活；3）發(fā)輸變配用電過程特性復(fù)雜，電力平衡愈加困難；4）持續(xù)可靠供電，安全穩(wěn)定運(yùn)行出現(xiàn)新挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵問題概括為以下4個方面。

1）無法處理海量接入管理。目前海量電力系統(tǒng)終端和數(shù)據(jù)難以實(shí)現(xiàn)高效接入和管理，同時所采集的數(shù)據(jù)也未得到充分的處理和應(yīng)用。

2）精準(zhǔn)感知深度不足。隨著高比例新能源大規(guī)模并網(wǎng)、電動汽車快速增加以及新型電力設(shè)備大量接入，電網(wǎng)不確定性日益突出，電網(wǎng)感知深度和廣度不足。

3）缺乏實(shí)時調(diào)度輔助決策。電網(wǎng)狀態(tài)評價困難，導(dǎo)致傳統(tǒng)的能源電力安全穩(wěn)定運(yùn)行理論與運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)無法滿足新型電力系統(tǒng)調(diào)度控制需求。

4）電力系統(tǒng)靈活性建設(shè)不足。既包括技術(shù)層面上對靈活性資源運(yùn)行特性、電力系統(tǒng)靈活運(yùn)行方式的建模及優(yōu)化，也包括經(jīng)濟(jì)層面上靈活性資源的價值評估和激勵機(jī)制的設(shè)計。

2 面向新型電力系統(tǒng)的態(tài)勢感知技術(shù)內(nèi)涵

隨著信息通信技術(shù)和電力能源深度融合，新型電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)信息與物理系統(tǒng)深度融合，系統(tǒng)中源-網(wǎng)-荷-儲各環(huán)節(jié)每時每刻都會產(chǎn)生海量信息數(shù)據(jù)，如何對其進(jìn)行即時有效的感知，是未來新型電力系統(tǒng)需要解決的“痛點(diǎn)”問題。

新型電力系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)以新能源為主體，其背后蘊(yùn)藏了源-網(wǎng)-荷-儲一體化運(yùn)行調(diào)控共同參與的實(shí)際需求。源-網(wǎng)-荷-儲海量數(shù)據(jù)狀態(tài)感知問題未得到良好解決，導(dǎo)致新型電力系統(tǒng)中的多類型電力用戶特性認(rèn)知不足，低碳經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行目標(biāo)難以達(dá)到要求。

態(tài)勢感知技術(shù)是指在一定的時空條件下，對周圍環(huán)境中各元素的覺察、理解以及對未來態(tài)勢的預(yù)測，并分為態(tài)勢覺察、態(tài)勢理解和態(tài)勢預(yù)測3 個階段。態(tài)勢感知技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)運(yùn)行態(tài)勢的全面準(zhǔn)確把握，并為復(fù)雜的調(diào)度控制提供有力支撐。態(tài)勢感知3個階段的關(guān)鍵技術(shù)涵蓋了新型電力系統(tǒng)4 個關(guān)鍵問題的解決方法，新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知模型如圖5 所示，圖中SCADA 為傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)。

圖5 新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知模型Fig.5 Situational awareness model for the new power system

2.1 態(tài)勢覺察

態(tài)勢覺察是覺察檢測和獲取環(huán)境中的重要信息或元素，獲取信息的主要渠道是根據(jù)不同的控制需求和電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行合理配置量測。態(tài)勢覺察階段主要是對電網(wǎng)運(yùn)行中的一些有效信息進(jìn)行捕獲，是態(tài)勢感知中首要的一步。態(tài)勢覺察關(guān)鍵技術(shù)包括：大數(shù)據(jù)采集技術(shù)、通信技術(shù)、高級量測體系、虛擬采集技術(shù)等，如圖6 所示。圖中FTU 為饋線終端單元；DTU 為配電監(jiān)控終端；TTU 為配電變壓器監(jiān)測終端；PMU為同步相量量測單元。

圖6 態(tài)勢覺察架構(gòu)Fig.6 Situational perception framework

大數(shù)據(jù)采集技術(shù)包括信息采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采樣技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)等，同時結(jié)合人工智能技術(shù)，為態(tài)勢感知的實(shí)現(xiàn)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通信技術(shù)主要包括移動通信技術(shù)、光纖通信技術(shù)、通用無線技術(shù)，提高電網(wǎng)數(shù)據(jù)的可靠性、安全性和實(shí)時性。當(dāng)前先進(jìn)的5G 通信技術(shù)憑借其高數(shù)據(jù)傳輸率和低傳輸延時的優(yōu)勢［30］，開始投入到堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)與電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中來，并逐步應(yīng)用于智能儀表和狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。高級量測體系包括網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能表計技術(shù)和互動機(jī)制，為數(shù)據(jù)的匯總、整理、挖掘分析以及大數(shù)據(jù)融合提供技術(shù)支持。虛擬采集技術(shù)通過對無法實(shí)時采集或采集難度較大的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，挖掘?qū)崟r采集數(shù)據(jù)的內(nèi)在映射關(guān)系，提升運(yùn)維數(shù)據(jù)采集的全面性和準(zhǔn)確性。

順應(yīng)新型電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)海量、多源異構(gòu)的特點(diǎn)，文獻(xiàn)［31］提出了改進(jìn)的數(shù)據(jù)存儲管理框架。為優(yōu)化光伏智能邊緣終端配置，文獻(xiàn)［32］提出一種改進(jìn)的自適應(yīng)遺傳算法和灰狼優(yōu)化算法進(jìn)行模型求解。為解決運(yùn)維數(shù)據(jù)的浪費(fèi)問題，文獻(xiàn)［33］提出一種基于相似日、蝙蝠算法與小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的分布式光伏數(shù)據(jù)虛擬采集方法。文獻(xiàn)［34］提出一種基于改進(jìn)自動編碼器（IAE）的變壓器故障數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法，解決數(shù)據(jù)不足問題。而隨著大規(guī)模分布式電源與電力交通負(fù)荷接入，新型電力系統(tǒng)態(tài)勢覺察元素顯著增加，除傳統(tǒng)電氣量和設(shè)備狀態(tài)量以外，還包括復(fù)雜環(huán)境量、用戶行為量、電力交通量等新型態(tài)勢覺察元素。

2.2 態(tài)勢理解

態(tài)勢理解是在態(tài)勢覺察的基礎(chǔ)上，對得到的信息進(jìn)行處理、分析，提取關(guān)鍵信息。對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行、脆弱性、無功優(yōu)化、靈活性、經(jīng)濟(jì)性等能力進(jìn)行評估分析具有重要作用。態(tài)勢理解的關(guān)鍵技術(shù)包括：多元數(shù)據(jù)融合技術(shù)、電網(wǎng)穩(wěn)定性評估技術(shù)、電力市場技術(shù)等。

海量多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的高效融合技術(shù)：基于多元數(shù)據(jù)融合的新型電力系統(tǒng)運(yùn)行分析，研究動態(tài)、多模、多源、高維系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，可以支撐電力大數(shù)據(jù)分析和預(yù)測關(guān)鍵設(shè)備健康狀態(tài)。該技術(shù)結(jié)合智能響應(yīng)和趨勢智能分析2 種模式，能夠根據(jù)實(shí)際情況建立數(shù)據(jù)庫和信息化共享平臺，能夠?qū)Σ煌愋偷臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析。在離線數(shù)據(jù)方面，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)分布式離線分析；在實(shí)施數(shù)據(jù)分析方面，可以實(shí)時計算調(diào)度。

信息驅(qū)動的大電網(wǎng)穩(wěn)定態(tài)勢評估技術(shù)：該技術(shù)能夠有效評估電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，在對當(dāng)前情況進(jìn)行分析和評估的基礎(chǔ)上，對電網(wǎng)未來發(fā)展做出預(yù)測并制定策略，不僅可以建立靜態(tài)穩(wěn)定域，還可以隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，建立在線動態(tài)穩(wěn)定域，通過靜態(tài)和動態(tài)2 種方式的結(jié)合，為電網(wǎng)正常運(yùn)行提供必要保障［35］。

電力市場技術(shù)：圍繞電力市場的發(fā)展規(guī)律，運(yùn)用博弈理論建立基于電能生產(chǎn)者和用戶的雙向良性競爭的電力市場；通過邊緣計算技術(shù)實(shí)現(xiàn)各智能終端間的靈活協(xié)同，有效提升電力系統(tǒng)態(tài)勢感知的計算效率和響應(yīng)速度［36］。

為滿足電力行業(yè)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，文獻(xiàn)［37］提出一種基于圖論的進(jìn)化優(yōu)化方法，促進(jìn)分布式電源的靈活、高效應(yīng)用?？紤]電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量現(xiàn)狀與主客觀評估的模糊性，文獻(xiàn)［38］提出一種態(tài)勢感知實(shí)施效果綜合評估方法?；谪?fù)載需求和風(fēng)力發(fā)電的不確定性，文獻(xiàn)［39］結(jié)合粒子群優(yōu)化提出一種改進(jìn)的最優(yōu)儲能系統(tǒng)容量分配方案。但是，現(xiàn)階段新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知的綜合評價指標(biāo)體系尚不健全，受制于地域間經(jīng)濟(jì)水平和規(guī)劃的差異，兼容性較差，實(shí)施效果有待提升。

2.3 態(tài)勢預(yù)測

態(tài)勢預(yù)測是依據(jù)態(tài)勢覺察和態(tài)勢理解的結(jié)論，預(yù)測電網(wǎng)分布式電源、負(fù)荷和電動汽車等因素的變化，并進(jìn)行安全態(tài)勢評估和風(fēng)險預(yù)警，以預(yù)測電力系統(tǒng)潛在和未知的安全風(fēng)險。態(tài)勢理解關(guān)鍵技術(shù)包括能源預(yù)測、節(jié)點(diǎn)電壓預(yù)測等。

能源預(yù)測包括電力需求、價格、負(fù)荷和發(fā)電量預(yù)測等方面。主要分為：（1）基于人工智能［40］和機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測技術(shù)，如深度學(xué)習(xí)［41］、強(qiáng)化學(xué)習(xí)［42］和遷移學(xué)習(xí)［43］等算法；（2）組合預(yù)測，通過組合其預(yù)測算法，顯著提高預(yù)測結(jié)果質(zhì)量［44］；（3）分層預(yù)測，適用于由于時間或空間分散而具有聚合約束的序列；（4）概率預(yù)測［45］，與電力系統(tǒng)的隨機(jī)性和不確定性相適應(yīng)，通過參數(shù)化、半?yún)?shù)化或非參數(shù)化的方法表示其概率分布。

節(jié)點(diǎn)電壓預(yù)測包括直接預(yù)測和間接預(yù)測。直接預(yù)測是通過對電壓時間序列本身進(jìn)行建模，其電壓幅值數(shù)據(jù)需要以毫秒級進(jìn)行測量，更適合瞬態(tài)分析。間接預(yù)測是通過預(yù)測功率注入（例如負(fù)荷和可再生能源），然后計算功率流來實(shí)現(xiàn)［46］。考慮到新型電力系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，文獻(xiàn)［47］提出了一種結(jié)合最大信息系數(shù)、因子分析、灰狼優(yōu)化和廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)短期負(fù)荷預(yù)測模型。考慮商業(yè)和居民混合的負(fù)荷預(yù)測影響因素多樣和隨機(jī)性強(qiáng)的特點(diǎn)，文獻(xiàn)［48］提出了一種基于灰狼郊狼混合優(yōu)化算法和長短時記憶網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的短期電力負(fù)荷預(yù)測方法。然而，目前態(tài)勢預(yù)測計算時間還不能滿足實(shí)時預(yù)測的要求，同時源-網(wǎng)-荷-儲模型還有待完善，所以最終對電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢的預(yù)測還較為粗糙。

在SCADA 難以滿足要求的背景下，態(tài)勢感知技術(shù)能夠更好地適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)變革下新型電力系統(tǒng)的復(fù)雜變化。態(tài)勢覺察是根據(jù)電力系統(tǒng)分析和控制的需求合理配置量測，以獲取所需要的數(shù)據(jù)。態(tài)勢理解是對電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)性、靈活性、生存能力、供電能力、負(fù)荷接入能力、分布式電源接納能力等進(jìn)行評估分析，獲取采集數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)含的知識。態(tài)勢預(yù)測是對電力系統(tǒng)中的各種變化因素進(jìn)行預(yù)測，掌握電力系統(tǒng)運(yùn)行態(tài)勢，及時發(fā)現(xiàn)異常供電和潛在故障。這3個階段正是解決新型電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘困難、預(yù)測精度不高、狀態(tài)感知不準(zhǔn)確等問題的關(guān)鍵技術(shù)，助力新型電力系統(tǒng)快速覺察、精準(zhǔn)理解、準(zhǔn)確研判。

3 低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知關(guān)鍵技術(shù)

促進(jìn)新型電力系統(tǒng)的低碳運(yùn)行，重點(diǎn)在于順應(yīng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型以及解決靈活性問題。本文基于態(tài)勢感知技術(shù)，從推動全域互聯(lián)、深度感知、靈活運(yùn)行以及可靠供電等角度，梳理了當(dāng)前保證系統(tǒng)低碳性和經(jīng)濟(jì)性2個層面的發(fā)展方向。

從低碳電力角度看，電力行業(yè)碳減排的重點(diǎn)應(yīng)該包括：可再生能源的消納、節(jié)能減排以及提高能源利用效率，關(guān)鍵技術(shù)包括能源互聯(lián)技術(shù)、電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、新型電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度技術(shù)等。

從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度看，電力行業(yè)的工作重點(diǎn)應(yīng)該包括：促進(jìn)電力市場和碳權(quán)市場的交易融合、電力市場機(jī)制設(shè)計。其中包括制定節(jié)能減排的經(jīng)濟(jì)政策、完善電力行業(yè)的市場機(jī)制［49］、推進(jìn)全國碳排放權(quán)交易市場建設(shè)［50］等。

3.1 能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

推動構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的過程，就是推動電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級的過程，兩者是一個問題、兩個視角［51］。能源互聯(lián)網(wǎng)主要包括2層含義：“能源的互聯(lián)網(wǎng)化”，即電、熱、油、氣、氫、交通等多種能源網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通；“互聯(lián)網(wǎng)+”，即信息技術(shù)在能源網(wǎng)中的應(yīng)用。能源互聯(lián)網(wǎng)具有深度精準(zhǔn)感知、海量接入管理、智能輔助決策等能力，能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)網(wǎng)架、設(shè)備、人員的互聯(lián)互通，促進(jìn)電網(wǎng)精確感知、信息融合［52］。

區(qū)別于傳統(tǒng)電網(wǎng)自上而下分為應(yīng)用層-網(wǎng)絡(luò)層-終端層3 層，源-網(wǎng)-荷-儲分層架構(gòu)在感知層面實(shí)現(xiàn)全面精準(zhǔn)感知，加快系統(tǒng)研判、響應(yīng)速度。但目前仍然存在源-網(wǎng)-荷-儲要素多樣、源荷雙側(cè)不確定性突出而導(dǎo)致新能源消納能力不足的技術(shù)瓶頸，能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)如圖7所示。

圖7 智慧能源系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)Fig.7 Internet architecture of smart energy system

關(guān)鍵技術(shù)包括：（1）為源-網(wǎng)-荷-儲提供信息數(shù)字化感知和數(shù)據(jù)計算技術(shù)，提供數(shù)字傳輸通道；（2）為海量數(shù)據(jù)提供云端存儲、共享平臺，對系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)實(shí)時監(jiān)測提供數(shù)據(jù)支撐，并促進(jìn)能量流與信息流的深度融合，滿足系統(tǒng)感知海量數(shù)據(jù)獲取需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高效可靠傳輸，推動電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級。

3.2 電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

在以電網(wǎng)為核心的區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)中，其信息網(wǎng)絡(luò)就是電力物聯(lián)網(wǎng)。電力物聯(lián)網(wǎng)通過感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層以及應(yīng)用層建設(shè)，對各能源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行全采集、狀態(tài)全感知［53］，實(shí)現(xiàn)能源的設(shè)備廣泛連接、數(shù)據(jù)開放共享、服務(wù)互動創(chuàng)新，推動能源流、業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流的“三流合一”，支撐區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)的智能運(yùn)行和服務(wù)，電力物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)如圖8所示。

圖8 電力物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)Fig.8 Data transmission network of power IoT

電力物聯(lián)網(wǎng)將發(fā)展成為一個數(shù)據(jù)流與能量流緊密結(jié)合的系統(tǒng)。其中，數(shù)據(jù)流的形成依托先進(jìn)的數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)共享技術(shù)，能量流是依托于對接入的電力網(wǎng)、熱能能源網(wǎng)、太陽能能源網(wǎng)等其他能源系統(tǒng)分享的數(shù)據(jù)進(jìn)行交互分析。

物聯(lián)網(wǎng)中有線傳輸方案主要包括光纖、電力線載波、以太網(wǎng)等技術(shù)［54］。早期主要依靠總線或以太網(wǎng)技術(shù)滿足來自采集或控制的數(shù)據(jù)傳輸需求。無線傳輸方案主要有230 MHz 無線電力專網(wǎng)、衛(wèi)星通信技術(shù)、WiFi、Zig Bee、Bluetooth、低功耗廣域網(wǎng)（Low Power Wide?Area Network，LPWAN）技術(shù)等多種方案［55］。

3.3 新型電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度技術(shù)

低碳經(jīng)濟(jì)政策實(shí)施前，我國電力調(diào)度主要以經(jīng)濟(jì)性原則為主，即在電力調(diào)度過程中注重對運(yùn)行成本的控制。隨著低碳經(jīng)濟(jì)理念與政策的普及，傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度模式已經(jīng)無法滿足電力企業(yè)節(jié)能減排需求，需要依據(jù)對低碳電力目標(biāo)的分析，進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度模式的優(yōu)化［56］。新能源不確定性預(yù)測成為電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，亟須研究適用于新型電力系統(tǒng)的調(diào)度策略以實(shí)現(xiàn)電源側(cè)資源的合理調(diào)配。源-網(wǎng)-荷-儲各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)優(yōu)化的綜合能源系統(tǒng)已成為能源電力發(fā)展的迫切需求。

從技術(shù)升級角度而言，實(shí)現(xiàn)電源側(cè)綜合效能提升的關(guān)鍵在于突破電源靈活性瓶頸，火電的靈活性改造可以很大程度緩解，但電源側(cè)本質(zhì)上的格局改變需要其他的靈活性手段提升，如天然氣、調(diào)節(jié)性水電、抽水蓄能等靈活性更高的機(jī)組建設(shè)以及高效儲能的配套建設(shè)應(yīng)用等。

以及構(gòu)建極端供能事件的應(yīng)急機(jī)制，在準(zhǔn)確研判不同預(yù)想極端天氣可能造成的不利影響的基礎(chǔ)上，需要充分發(fā)揮我國機(jī)制的天然優(yōu)勢，整合各類可用資源，統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理，有針對地建立應(yīng)急預(yù)案，構(gòu)建常態(tài)化市場運(yùn)營、極端情況下計劃兜底的電力和天然氣系統(tǒng)運(yùn)營模式［57-59］。例如通過建立計及儲熱裝置、熱電聯(lián)產(chǎn)電廠、碳捕集裝置以及蓄熱電鍋爐組成的電力系統(tǒng)魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型［60］，并對系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和低碳性的多目標(biāo)進(jìn)行求解，最終得到基于風(fēng)電消納評估的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方案。

3.4 電力市場頂層設(shè)計

電力市場交易機(jī)制是決定市場運(yùn)行效率和交易規(guī)模的關(guān)鍵因素。高效的交易機(jī)制可以促進(jìn)新能源積極參與市場，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置。目前，我國對新能源發(fā)展的電價支持機(jī)制主要分為固定上網(wǎng)電價機(jī)制［61-62］、溢價補(bǔ)貼機(jī)制［63］、可再生能源配額制［64］和綠證機(jī)制。一方面要充分考慮新能源發(fā)電的不確定性、波動性，另一方面要調(diào)動靈活調(diào)節(jié)性資源（如新型儲能）投資積極性，設(shè)計適應(yīng)新能源參與的多時間尺度電力市場；同時充分利用態(tài)勢感知對海量數(shù)據(jù)的挖掘和理解，調(diào)動新興市場主體的靈活調(diào)節(jié)能力，優(yōu)化調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)。關(guān)鍵內(nèi)容包括建立有效容量交易市場、輔助服務(wù)交易市場、電量交易市場、綠證交易市場有機(jī)統(tǒng)一的中國特色新型電力市場體系?？偟膩碚f，提升電力系統(tǒng)靈活性的關(guān)鍵一方面是激發(fā)各環(huán)節(jié)的靈活性潛力，增強(qiáng)系統(tǒng)整體的靈活性供給能力；另一方面在于提供有效的交易機(jī)制，以合理有效的價格信號引導(dǎo)市場行為，提高靈活性資源的跨時空配置效率。

低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知框架如圖9 所示，構(gòu)建了一種多維度的新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知框架，集成了大數(shù)據(jù)采集技術(shù)、通信技術(shù)、高級量測體系、虛擬采集技術(shù)、多元數(shù)據(jù)融合技術(shù)、電網(wǎng)穩(wěn)定性評估技術(shù)、電力市場技術(shù)、能源預(yù)測技術(shù)、節(jié)點(diǎn)電壓預(yù)測技術(shù)以適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，結(jié)合了態(tài)勢覺察、態(tài)勢理解和態(tài)勢預(yù)測等3個階段以深入剖析新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知的結(jié)構(gòu)框架及其關(guān)鍵技術(shù)，包括能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、新型電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度技術(shù)和電力市場頂層設(shè)計，以解決源側(cè)出力預(yù)測難、網(wǎng)側(cè)故障研判精度低、荷側(cè)特性分析難、儲側(cè)調(diào)度控制難的問題，并推動電力系統(tǒng)朝著信息化、數(shù)字化、智能化方向加速演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)新能源的可觀、可測、可控。

圖9 低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知框架Fig.9 Situational awareness framework for the new power system in low?carbon economic operation

4 結(jié)束語

構(gòu)建以高比例可再生能源為核心的新型電力系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵，而態(tài)勢感知技術(shù)對保障新型電力系統(tǒng)中低碳電力容量和靈活資源的充裕度起到了支撐作用。態(tài)勢感知技術(shù)覆蓋電價形成機(jī)制和能源數(shù)字化的方方面面。未來態(tài)勢感知技術(shù)將有效推動新型電力系統(tǒng)可觀、可測、可控能力，加快電網(wǎng)信息采集、感知、處理、應(yīng)用等全過程智能化能力，成為連接全社會用戶、各環(huán)節(jié)電力設(shè)備的平臺，推進(jìn)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級并提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，助力構(gòu)建低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的新型電力系統(tǒng)?；趹B(tài)勢感知技術(shù)的新型電力系統(tǒng)，未來的發(fā)展方向如下。

（1）加快推進(jìn)風(fēng)光水火儲一體化及源-網(wǎng)-荷-儲一體化，積極探索可再生能源制氫消納新模式，推動電力與其他能源互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)多能源系統(tǒng)間協(xié)同消納。推進(jìn)電力系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的深度融合，創(chuàng)新能源服務(wù)新格局。

（2）解決復(fù)雜變化下系統(tǒng)狀態(tài)實(shí)時感知、精準(zhǔn)評估和故障隱患及時預(yù)警問題，明確極端天氣下系統(tǒng)失穩(wěn)機(jī)理以及長效運(yùn)維的策略，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的精益化管理和高效維護(hù)，保障新型電力系統(tǒng)復(fù)雜環(huán)境下長期運(yùn)行的安全性和可靠性。

（3）解決高比例新能源和高比例電氣化接入電力系統(tǒng)而產(chǎn)生的隨機(jī)性、波動性、間歇性問題，實(shí)現(xiàn)全面可觀、精確可測、高度可控。

（4）考慮到國內(nèi)新型電力系統(tǒng)態(tài)勢感知技術(shù)仍停留在理論分析階段，當(dāng)前應(yīng)當(dāng)利用新一代數(shù)字技術(shù)對傳統(tǒng)電網(wǎng)進(jìn)行數(shù)字化改造，以數(shù)據(jù)流引領(lǐng)和優(yōu)化能量流、業(yè)務(wù)流，搭建風(fēng)光水火儲聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的可觀、可測、可控的數(shù)字化平臺。

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是基于“雙碳”目標(biāo)的一場廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)性變革。要實(shí)現(xiàn)我國社會的可持續(xù)發(fā)展，低碳經(jīng)濟(jì)是必由之路。構(gòu)建低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的新型電力系統(tǒng)，需要充分利用態(tài)勢感知技術(shù)、發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢，以達(dá)到全面提升發(fā)電、供電、輸電、配電以及用電環(huán)節(jié)節(jié)能降耗的目標(biāo)，為我國電力行業(yè)的可持續(xù)化、低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。