新一代电力系统的技术特征
新型电力系统的新能源挑战和数字化技术分析
新型电力系统的新能源挑战和数字化技术分析李 凯（贵阳电力设计院有限公司）摘 要：在能源绿色化转型的新形势背景下，必须积极迎合新能源电网运行需求，在新型电力系统发展中实现源网荷储的高效互动，面对新能源挑战积极研发各项关键技术、新型电力系统数字化技术等，有效应对新型电力系统面临的消纳、安全运行、机制体制等挑战。
基于此，本文简要概述了以新能源为主体的新型电力系统，结合新型电力系统的新能源挑战，分析了新能源挑战涉及的关键技术以及新型电力系统的数字化技术，旨在进一步明确新型电力系统的数字化建设方向。
关键词：新型电力系统；新能源挑战；数字化技术０ 引言在新型能源发展和升级转型的关键时期，国家正尝试将以新能源为主的新型电力系统取代传统电力系统，旨在迎合能源低碳化、绿色化的新政策。
以新能源为主体大力推广新型电力系统的深度应用，考虑新能源挑战研发各项关键技术，同时不断推进新型电力系统的数字化建设，利用高效消纳技术、稳定运行控制技术、抽水蓄能和太阳能光热发电、储能及电动汽车等关键技术不断优化新型电力系统建设，从而全面推动我国新型电力系统的应用。
１ 以新能源为主体的新型电力系统现阶段我国正处于能源绿色化转型的关键时期，国家愈发重视新型电力系统在绿色环保、节能减排等方面的应用，针对新能源挑战研发先进的关键技术已成为顺应新时代发展趋势的必然选择，风电、太阳能发电等分布式能源实现了广泛发展和应用（见表）。
以新能源为主体的新型电力系统具有双高、双峰的特征，该系统可以有效应对能源清洁转型、分布式电源、微电网接入等挑战，在能源供应体系建设过程中，不仅需要贯彻低碳环保、高效清洁等基本原则，还需要保证能源供应的安全性与可靠性。
在新型电力系统运行过程中应充分考虑现代社会发展所需的电力供应，以智能电网为载体构建中心枢纽平台，从而充分发挥源网存储互动、多能互补的优势，推动新型电力系统朝着能源清洁、低碳环保、安全高效的方向发展［１］。
表 新能源电力供应情况 单位：１０８ｋＷ项目２０２５年２０３０年２０３５年气电装机容量１ ５２ ３５３风电装机容量４６８水电装机容量３ ９４ ４４ ８抽水蓄能装机容量０ ８１ ２１ ５核电装机容量０ ８１ ３１ ８太阳能发电装机容量５９１５２ 新型电力系统的新能源挑战２ １ 消纳挑战在新型电力系统运行过程中必须重视消纳挑战，重点关注以下几方面的内容：第一，季节性偏差、可利用小时数等因素给新能源电力系统运行带来了不同程度的影响，新能源发电的持续性与可靠性无法保证，我国风力发电主要集中于春冬两个季节，光伏发电量在夏秋两个季节相对较高。
新型电力系统中储能应用功能的综述与展望
新型电力系统中储能应用功能的综述与展望一、概述随着全球能源结构的转型和可持续发展目标的提出，新型电力系统正逐渐成为未来能源体系的核心。
新型电力系统以清洁、高效、灵活为特点，其中储能技术扮演着至关重要的角色。
储能技术能够平抑电力供应与需求之间的波动，提高电力系统的稳定性和经济性，为可再生能源的大规模接入和消纳提供了有力的技术支撑。
本文旨在对新型电力系统中储能应用的功能进行全面的综述，并展望其未来的发展趋势，以期为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
本文将简要介绍新型电力系统的基本特征和储能技术在其中的重要地位。
随后，将重点分析储能技术在新型电力系统中的主要应用功能，包括能量存储与释放、功率平衡、频率调节、电能质量控制等。
还将探讨储能技术在提升电力系统灵活性、促进可再生能源消纳、支撑微电网和虚拟电厂运营等方面的积极作用。
在展望部分，本文将分析储能技术在新型电力系统中的未来发展趋势，包括技术创新、成本降低、规模化应用等方面。
同时，还将探讨储能技术在应对能源转型挑战、促进能源互联网建设、推动能源可持续发展等方面的潜在价值和作用。
储能技术在新型电力系统中发挥着至关重要的作用，其应用功能的不断拓展和深化将为电力系统的转型升级提供强有力的支撑。
本文的综述与展望旨在加深对储能技术在新型电力系统中应用功能的理解，为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
1. 新型电力系统的特点与挑战清洁低碳：新型电力系统以新能源为主体，如光伏、风电等，逐步替代传统的化石能源，以实现电力生产的清洁化和低碳化。
柔性灵活：新型电力系统需要具备更高的灵活性和适应性，以应对新能源发电的不确定性和波动性。
智慧融合：新型电力系统将广泛应用智能技术和信息技术，实现电力系统的智能化管理和运行。
新能源的不确定性和波动性：新能源发电的随机性和波动性给电力系统的运行和控制带来了更大的复杂性和难度。
新能源并网消纳和系统安全可靠供电的难度：特别是在极端天气条件下，新能源的耐受能力较为脆弱，给电力系统的稳定运行带来了挑战。
关于新型电力系统部分特点的思考
关于新型电力系统部分特点的思考摘要：新型电力系统建设是我国电力行业的重大转型，其需求来源于经济社会发展，其实现依赖于电力系统运行机理的改进。
从近 10 年电力系统的发展历程和阶段性目标分析出发，基于“双碳”目标，对新型电力系统的电源构成、特点及运行模式进行逆向推理和分析，进而分析新运行模式下的部分关键技术需求。
指出：为了实现“双碳”目标，电力系统电源构成必须进行巨大调整，特别是在2030 年之后；在新型电力系统中，发电侧将以新能源为主体，用户侧将出现大量产销者并呈现大量分布自治的形态，能源互联网将成为新型电力系统的基础支撑，电网调度将主要基于市场化机制实现；新型电力系统的建设在电力电量平衡、系统安全、有源配用电网管控、新能源发电和并网、电力交易和调度等方面迫切需要相关创新技术的支撑。
关键词：新型电力系统；部分特点；思考引言为了保障碳达峰和碳中和“双碳”目标的实现以及能源的可持续发展，近年来，以新能源为主体的新型电力系统的建设日益加快。
高比例新能源的渗透对电力系统产生了多方面的影响，国内外研究者已开展了较多研究。
文献系统总结高比例可再生能源电力系统中的重要科学问题和理论框架。
文献分别对高比例新能源渗透下电力系统的惯量变化及其应对技术、交直流混联配电网的优化运行与安全保障等进行分析和总结。
1电力系统的发展历程和目标对于电力系统的发展历程，从不同的角度可以将其划分为不同的阶段。
展示了从 2010 年“加强智能电网建设”提出以来，电力系统不同发展阶段的建设内容和核心目标。
中的建设内容和核心目标具有阶梯型和延展性的特点。
例如：智能电网到 2020 年才完成“引领提升”，且成为后续发展阶段的基础支撑，特高压建设和智能化应用也是电网建设的长期目标；以电网业务应用拓展为目标的全球能源互联网已成为国家电网公司的长期战略目标；清洁化的要求在智能电网建设阶段就已经提出，市场化随着电力体制改革而长期推进。
当前，基于我国电力体制改革和生态文明建设的持续推进，清洁化和市场化成为经济社会对未来新型电力系统建设的 2 个核心要求。
新型电力系统探讨分析
新型电力系统探讨分析摘要：习近平总书记提出要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。
本文针对新型电力系统的前景、特点进行了论述，探讨后期新型电力系统的模式，为今后的新型电力系统发展提供一定的参考。
关键词：新型电力系统，多能互补，微网0 引言碳达峰与碳中和是国家战略、全球共识。
2020年9月22日，习近平主席向世界宣布，中国将力争2030年前碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。
2021年3月15日，习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上部署未来能源领域重点工作：要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。
在此背景下，加快构建以新能源为主体的新型电力系统，是电力工业促进自身碳减排、支撑全社会碳减排的必由之路，是实现电力工业高质量发展的必然选择。
本文针对新型电力系统的前景、特点进行了论述，探讨后期新型电力系统的模式，为今后的新型电力系统发展提供一定的参考。
1新型电力系统的特征和运行特点电力系统是由发输变配用各领域、源网荷储各环节、技术体制各层面紧密耦合形成的有机整体。
在构建新型电力系统过程中，传统电力结构、发展模式、利益格局均面临革命性变化。
电力系统呈现“双高”特性——高比例新能源、高比例电力电子设备接入，电力系统的物质基础和技术基础发生深刻变化。
随着新能源渗透率提升，新能源从补充性电源向主力电源改变，成为电力和电量的供应主体；煤电加速由基本电源、主力电源向支撑性、调节性电源转变；电网调度运行模式、定位和商业模式也将随之调整；源、网、荷、储之间的互动将成为常态。
从新型电力系统“源网荷”的主要特征看：能源生产端形成多元化清洁能源供应体系，以风电、光伏等新能源发电为供应主体；电网侧呈现交直流混联大电网与多种形态电网并存的格局，传统大电网与局域网互补共生；负荷侧通过电能替代实现能源消费高度电气化，实现源网荷储深度融合。
第一章现代电力系统的基本特征
第一章现代电力系统的基本特征电力系统是将电能从发电厂输送到用户的系统，通常包括发电厂、输电网、变电站和配电网。
在20世纪，随着电力需求的增长，电力系统逐渐从小规模的局部系统发展成为跨国甚至跨洲的大型系统。
现代电力系统具有以下特点。
1. 大规模高压输电系统现代电力系统通常采用高压输电技术，将电能从发电厂输送到用户。
高压输电可以减小输电损失，提高电力传输效率。
例如，交流输电通常采用500kV及以上电压等级，直流输电则可以达到800kV以上的电压等级。
此外，电力系统通常采用大容量的变电站，以便将电压适应到用户的需要。
2. 经济性和可靠性现代电力系统必须具备经济性和可靠性。
为了保障电力系统的运行，必须对电力系统进行规划和设计，以满足用户的需求，并考虑成本和效益。
同时，电力系统必须具备足够的可靠性，以便保障用户的用电需求。
为了提高电力系统的可靠性，通常采用备用装置和保护措施。
3. 灵活性和可调节性现代电力系统必须具备灵活性和可调节性。
在电力系统运行过程中，用户需求和发电厂输出往往是不稳定的。
为了保障电网的平衡，电力系统必须具备足够的灵活性和可调节性，以便对电网进行调节。
此外，电力系统还需要具备对电力负荷实时反馈和控制的能力，以便对电力负荷进行处理。
4. 抗干扰能力现代电力系统也必须具备抗干扰能力。
由于电力系统通常建设在恶劣的环境中，例如高海拔地区、沙漠地区和海上风电等，因此电力系统的运行往往受多种干扰和影响。
例如，电力系统可能受到风暴、地震、高温、低温等自然灾害的影响，也可能受到物理攻击、电磁干扰、计算机病毒等人为因素的影响。
因此，电力系统必须具备防护措施和应急处理的能力。
5. 智能化和可持续性现代电力系统越来越具备智能化和可持续性。
智能化电力系统可以实现对电力系统的实时监测、分析和管理，以便优化电力系统的性能并提高电力系统的效率。
可持续性电力系统可以提高电力系统的可持续性，例如采用可再生能源、提高能源利用效率等措施，以便减少电力系统对环境的影响。
新型电力系统将呈现三多特征
新型电力系统将呈现三多特征目前，我国能源电力行业正在进行如火如荼的低碳转型。
南方电网公司可再生能源装机量占比在2021年底达到49.2%，清洁能源占比达到54.54%，与传统的电力系统相比，新型电力系统表现为多元电源支撑，其电网形态也将逐步转化为大电网与分布式微网并举的供需耦合机制。
多元的负荷类型促使传统电力系统向着双向多态、互动与协作方向发展。
总体而言，新型电力系统表现为如下三个特征——1多能互补特征打破新能源发展瓶颈新型电力系统的建设和发展是能源行业的重大变革，实现绿色低碳是电力系统转型发展的根本目标。
在新型电力系统中，多能互补意味着源侧由多种能源的简单叠加过渡为基于复杂多能流网络协同的多种能源联动性、系统性的大时空尺度优化配置，而负荷侧也变为了可满足用户电-气-热-冷多元化需求的区域综合能源系统。
源侧：一次能源在大时空尺度下的优化配置就电源侧而言，在新型电力系统的多能互补体系下，水力发电的定位会由电量为主逐渐转变为容量支撑为主，接下来的发展重点是增强抽水蓄能电站在电网调峰调频中的作用，发挥其消纳分布式新能源的优势。
考虑到大规模火力发电将逐步退出，而风能与太阳能相较于水电受外部环境的影响更为显著，利用水电输送通道，实现风光水火储一体化开发，是解决光伏与风能发电的波动性与随机性问题、形成各类可再生能源协调发展的重要措施，推动西南水资源丰富地区能源清洁化、绿色化的进一步转型。
光伏发电也向着发电主力军的身份转变，逐渐成为“双碳”目标下的主要电能来源之一。
分布式和集中式并举的光伏布局方式，将大大提升东部及中部地区的电力负荷水平以及新能源消纳水平，其灵活多变的布置方式，可与建筑、学校、医院等公共建筑相结合，实现绿色能源的就地消纳。
与光伏发电相似，风力发电在“双碳”背景下，也会进入加速发展阶段。
随着低风速风机技术的发展以及社会投资积极性的提高，分散式风电已经成为风力发电行业的大趋势。
分散式风电布局可突破土地资源稀缺、风速低以及环保等条件限制，在我国中东南部地区将得到大力发展。
新型电力系统的挑战与发展探讨
新型电力系统的挑战与发展探讨摘要：进入新时代，在城市化进程的不断加快下，人们生活水平提高，对于各能源的需求量逐渐增加。
本文针对可再生能源、新型电力电子设备应用及需求侧响应等因素对新型电力系统的影响，笔者探讨了新型电力系统的特征、保供面临的挑战以及应对措施，从电源结构、电网形态、技术、体制机制等方面分析新型电力系统多维度的特征，研判梳理新型电力系统在规划、运行、市场方面所面临的挑战，并提出构建新型电力系统的发展路径。
该研究成果可为新型电力系统的后续相关研究提供参考。
关键词：新型电力系统；特征；挑战；发展；数字化转型引言随着新能源装机和发电量占比不断提升，电力系统主体数量激增，电力网络潮流双向流动、电力系统灵活资源稀缺化、运行方式多样化、多能源系统耦合复杂化、电力需求弹性化等趋势明显。
建立适应新型电力系统的市场机制至关重要，以体现新型电力系统运行成本特性，以及涵盖电能量、安全、绿色价值的多元价值体系。
1新型电力系统面临的挑战1.1规划方面气候、天气条件、时间和地区对可再生能源发电有重大影响，新能源在空间上也相互作用，因此，电力负荷具有不确定性。
工业、商业等的变化，以及消费者心理、经济表现、生产活动和突发事件的随机变化，都会对电力负荷产生显著影响。
此外，地理位置、经济发展状况、区域政策和发展状况等因素也发挥着作用，随着电力系统新能源占比的不断提高，以电源和负荷不确定性为主的随机不确定性因素的影响愈加显著，多重不确定性因素的叠加与关联作用导致规划方面具有诸多挑战。
为了提高保供能力考虑极端事件后的规划，在提高安全系数的同时，势必会增加设备投资，导致供电可靠性和投资经济性之间的矛盾，而概率很小、影响却很大的极端事件，在规划当中会带来一定的挑战。
在系统规划当中，除考虑保供能力和经济性之外，还需统筹协调源网荷储各个环节的资源配置，而这几部分的响应能力以及运行方式均有差异，并存在关联耦合特性，导致规划各部分资源极具挑战性。
新型电力系统发展趋势展望
加快构建以新能源为主体的新型电力系统，是实现“3060”目标的必然选择。
现阶段，新型电力系统的主要特征是实现新能源高比例接入，加快信息技术与能量供给的深度融合，电力传输更加高效且富有韧性。
依托新型电力系统建设，整合各类型能源资源，到碳中和阶段，新型电力系统将逐渐发展为更加柔性、更加开放、高度智能的能源互联网系统。
一、新型电力系统是更加柔性和开放的能源互联网新型电力系统能够高效集成各种分布式能源，通过多传感、大数据、智能管控等技术，实现能源实体与现代信息技术的融合，优化能源生产、输送和使用；同时继续担当分级分层能源设施的“神经”和“骨架”，加速实现系统智能调度及市场自由交易，促进分布式智慧能源计量结算场景落地，逐渐发展为柔性和开放的能源互联网。
二、分布式微网成为大电网的重要互补项新型电力系统丰富了原有的能源互联网概念并将其扩展为：既包括远距离、复杂庞大的能源传输系统，如全球、洲际或区域联网的能量传输共享；也能够实现区域能源就近交易，分布式微网成为大电网的重要互补项，电网将形成大量分散+集中的拓扑结构。
跨区送电是全局调配，区域供能是末端深挖，新型电力系统将部分跨区送电（特高压）转移到局域用能上，将更加注重能量的就地就近消纳。
未来局域智能微网将成为重要的供能形式，和跨区送电方式相互补充、相互支撑。
三、户用光伏将是重要的发展形式截至2020年底，我国光伏发电累计装机2.5亿千瓦，其中集中式电站占比68.93%，分布式光伏占比31.07%。
与集中式光伏发电相比，分布式光伏就地消纳的输电成本和损耗较低，加上受土地、环境等约束更少等特征，新型电力系统中，户用光伏将帮助实现地区可再生能源电量的高比例自给。
四、区块链技术将在新型电力系统中得到应用区块链被认为是继蒸汽机、电力、互联网之后真正具有变革潜力的颠覆性技术，助推能源互联网升华到2.0形态。
与传统技术相比，区块链具有四大优势：a）采用分布式核算和存储，系统效率大大提高；b）通过智能合约共享资源，不依赖于中间机构的数据备份和信用背书；c）公开透明、自动执行、强制履约；d）不可篡改，信息添加至区块链即永久封存，无法在单个节点修改数据。
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现代能源体系 非化石能源发电量占全部发电量的比重达到50%
（2050年）
能源消费总量基本稳定，非化石能源占比超过一 半，建成现代能源体系。
电力系统转型是实现能源转型的核心内容
非化石能源在一次能源消费中占比是我国能源转型的主要指标。一次能源消费中非化石能 源主要来自一次电力（水电、风电、太阳能发电灯可再生能源电力以及核电等）。提高非 化石能源电力占比形成非化石能源为主的电能结构，是电力系统转型、建设新一地啊电力 系统的重要指标。
➢ 基于天然气和清洁电力的分布式冷热电联产系统 ➢ 区域综合能源系统/新能源微网 ➢ 能源互联网（各类能源系统与互联网技术深度融合构建的能源互联网）
Part 3
总结
（）多能互补的综合能源电力系统
➢ 我国能源转型的目标，是建设清洁低碳、安全高效，可持续发展的新一代能源系统 ➢ 高渗透率可再生能源和高比例电力电子装备接入电网是新一代电力系统的重要特征 ➢ 多能互补的综合能源电力系统，是新一代电力系统的显著特征 ➢ 新材料新技术新装备的研发应用，是针对新一代电力系统研究的新方向。
适应可再生能源转化、传输规模化发展和普备比例大幅提高
能源基地和终端消费多能互补的综合能源电力系统逐渐形成，能源利 用效率大幅提高
3
Part 2
新一代电力系统的主要技术特征
（1） 高渗透率可再生能源电力系统—目前现状
• 2016年底,全国并网风电装机达到1.4864亿kW,太阳能发电装机达到7742万kW。新能源装机容量 占全国总量13.7%。但我国西部北部省份新能源装机占比可达20%以上。
➢ 直驱式风电机组变流器 ➢ 光伏电站和分布式光伏逆变器 ➢ 非水储能电站和分布式储能逆变器 最终实现我国西部可再生能源为主电力向中 东部负荷中心高效远距离输送
（3）多能互补的综合能源电力系统
新一代电力系统是新形势下智能电网的概念向综合能源系统的扩展，是新一代能源系统的主要组成部分。
（3）多能互补的综合能源电力系统
THANK YOU
• 我国新能源开发在西北部省份主要采取大规模集中开发模式。西部北部省份风电开发占全国开 发总量80%，太阳能光伏占50%。
（1） 高渗透率可再生能源电力系统—技术挑战
• 大规模风电太阳能发电接入弱电网 • 解决大规模弃风弃光难题的技术措施
（2）高比例电力电子装备电力系统—高压直流输电
大量风电光伏电力电子变换器接入电网
我国(2020-2050)发电装机容量和年发电情景估算结果
我国(2020-2050)发电装机容量和年发电情景估算结果
未来电力系统发展演化趋势
在新的发展阶段，面临能源转型需求，我国能源电力系统未来将呈现如下发展演化趋势：
1
以煤为主的能源消费结构和电源结构转变，可再生能源、核能、天然
气等清洁能源发电将逐步成为主力电源
煤炭占58%以下 电能占终端能源消费比重达到27%
电力发展目标（2020年）
全国发展电装即达到20亿kw 非化石能源装机7.7亿kw，占39% 煤炭发电供电煤耗少于310g/kWh 西电东送规模由1.3亿kW增加到2.7亿kW
2 《能源生产和消费革命战略（20162030）》
2021-2030年
能源转型中我国新一代电力系统的技术特征
Part 1
能源转型中我国电力系统的发展前景
我国能源转型的主要指标
国家发展改革为、国家能源局于2016年先后发布了：
1 《电力发展“十三五”规划（2016-2020 年）》和《能源发展“十三五”规划》
能源发展目标（2020年）
能源消费总量50亿吨标准煤以内非化石能源占 一次能源消费15%以上