新型電力系統中新能(néng)源成爲主體，是一個逐步演變的過程，首先體現(xiàn)在新能(néng)源裝機占比居首位，其次新能(néng)源發電量占比居首位，最終新能(néng)源裝機和(hé)發電量占比均超過50%。預計(jì)南方電網2030年新能(néng)源裝機約2.5億千瓦，占比約35%，成爲第一大(dà)電源，基本建成新型電力系統。

　　新能(néng)源發電具有随機性、波動性和(hé)間歇性，使得電力系統運行方式複雜(zá)多變。新能(néng)源發電通過換流器并網，換流器動态特性對(duì)系統穩定性的影響逐步凸顯，電力系統穩定性問題的内涵特征發生新變化。因此，如何認知(zhī)新型電力系統穩定特性，如何開(kāi)展運行控制，确保系統安全穩定，需要深入研究。電力系統穩定分析是認知(zhī)電力系統穩定特性、掌握運行規律的方法體系。現(xiàn)有的電力系統穩定分析方法是在典型運行方式基礎上(shàng)，針對(duì)預想故障集，利用(yòng)穩定分析工(gōng)具研究電力系統穩定特性，提出運行控制方法。現(xiàn)有電力系統穩定分析方法應用(yòng)于新型電力系統時(shí)，将面臨海量運行方式場景、多時(shí)間尺度物理(lǐ)過程耦合、穩定控制策略适應性、柔性化穩定控制、非工(gōng)頻穩定性控制等新問題新方法。

　　新能(néng)源發電随機性波動性間歇性導緻系統穩定分析面臨海量運行場景

　　傳統電力系統的運行方式主要受負荷水(shuǐ)平和(hé)季節性水(shuǐ)電出力兩個因素的影響，運行方式組合較少，在電力系統規劃和(hé)運行中通常選取“夏大(dà)、夏小(xiǎo)、冬大(dà)、冬小(xiǎo)”四種典型運行方式即可滿足電網安全性、穩定性和(hé)經濟性評估需求。對(duì)于新型電力系統，風(fēng)、光等新能(néng)源在電源結構中将占據主導地位。一方面，新能(néng)源出力的随機性、波動性會(huì)導緻電源側出力水(shuǐ)平短期内大(dà)幅變化，可能(néng)的出力組合方式顯著增加；另一方面，大(dà)力推進電能(néng)替代，加劇(jù)了(le)用(yòng)電側功率波動，特别是電動汽車等間歇性用(yòng)電負荷的爆炸式增長，大(dà)幅增強了(le)負荷的不确定性。上(shàng)述發電側和(hé)用(yòng)電側的高(gāo)度不确定性将導緻傳統的電力系統典型運行場景選取方法失效，爲有效覆蓋可能(néng)出現(xiàn)的海量運行場景，同時(shí)兼顧電力系統運行模拟分析效率，亟需對(duì)電力系統各種運行方式進行特征識别、聚類和(hé)降階，從(cóng)而得到(dào)具有高(gāo)度代表性的少數典型運行方式。

　　新能(néng)源等電力電子并網設備導緻多時(shí)間尺度物理(lǐ)過程緊密耦合

　　傳統電力系統穩定特性主要受各類電氣設備物理(lǐ)特性的影響，采用(yòng)傳統機電暫态尺度的分析工(gōng)具即可得出可信的結論。新型電力系統中電力電子設備容量占比高(gāo)，多時(shí)間尺度物理(lǐ)過程耦合，其寬頻帶控制作(zuò)用(yòng)顯著改變系統穩定特性，需依靠電磁暫态尺度的分析工(gōng)具，但(dàn)該類工(gōng)具在新型電力系統中應用(yòng)時(shí)存在較多問題：一方面，以新能(néng)源爲主體的新型電力系統具有寬頻特征，建立新能(néng)源場站(zhàn)的寬頻帶等效模型十分困難，如再考慮機組類型、分布運行狀态等因素的影響，等效建模的難度将進一步增加；另一方面，新型電力系統具有“雙高(gāo)”特征，大(dà)量電力電子設備的建模仿真，會(huì)導緻電磁暫态分析工(gōng)具的效率難以接受；最後，現(xiàn)有電力系統模型一般在機電暫态尺度下(xià)維護，電磁暫态模型的運行方式調整極爲不便，嚴重影響電磁暫态分析工(gōng)具的便捷性。因此，新型電力系統的穩定分析工(gōng)具亟待從(cóng)通用(yòng)建模方法、高(gāo)效求解算(suàn)法、一體化仿真平台等角度深入開(kāi)展研究，以大(dà)幅提升電磁暫态仿真工(gōng)具的分析能(néng)力。

　　新能(néng)源等電力電子并網設備使得傳統工(gōng)頻穩定性控制擴展至非工(gōng)頻穩定性控制

　　電力系統在設計(jì)之初，就是按照在工(gōng)頻下(xià)穩定運行設計(jì)的，電網所表現(xiàn)出的穩定性問題主要是指工(gōng)頻下(xià)的穩定性，其控制也(yě)主要是指工(gōng)頻穩定性控制。以新能(néng)源爲主體的新型電力系統所表現(xiàn)出的寬頻振蕩新問題，使得傳統穩定性控制不再局限于工(gōng)頻段，而是擴展至上(shàng)千赫茲的非工(gōng)頻段穩定性控制。通過發展寬頻信息采集、測量裝置，有效測量非工(gōng)頻電氣量，提高(gāo)系統的觀測能(néng)力；通過創新發展新的控制技術理(lǐ)論體系，提高(gāo)系統的認知(zhī)水(shuǐ)平和(hé)控制能(néng)力。爲保障新能(néng)源爲主體的新型電力系統安全穩定運行，傳統工(gōng)頻穩定性控制将擴展至非工(gōng)頻穩定性控制。

　　運行場景多變性使得穩定控制策略适應性降低(dī)，需要多時(shí)間尺度叠代更新穩定控制策略

　　由于傳統電力系統的不确定性相對(duì)可控，“離線決策、實時(shí)匹配”仍是目前國内外(wài)實際廣泛應用(yòng)的穩控措施形成模式。新能(néng)源的大(dà)量饋入，以及多能(néng)源系統、“物理(lǐ)-信息-社會(huì)”系統的廣泛深度耦合，給未來(lái)新型電力系統引入了(le)難以由靈活性資源完全平抑的波動性和(hé)不确定性。若沿用(yòng)當前的穩控策略制定模式，要麽導緻離線制定的策略對(duì)于實時(shí)運行場景“失配”的幾率大(dà)大(dà)增加，要麽逼迫離線策略設計(jì)必須考慮過于寬泛的運行狀态區(qū)間，一方面導緻控制代價過大(dà)、策略形式複雜(zá)甚至找不到(dào)可行解，另一方面導緻策略設計(jì)的人工(gōng)成本和(hé)人工(gōng)失誤風(fēng)險大(dà)幅上(shàng)升。高(gāo)性能(néng)仿真計(jì)算(suàn)、全息監測、智能(néng)化分析決策、風(fēng)險評估防控、實時(shí)快(kuài)速自(zì)适應控制等技術的發展，給解決上(shàng)述控制策略制定“跟不上(shàng)”系統狀态變化或“包不住”系統極端随機波動的矛盾帶來(lái)了(le)機遇。在上(shàng)述技術體系的逐步形成和(hé)融合支撐下(xià)，穩控策略對(duì)高(gāo)可變強随機運行環境的适應能(néng)力将獲得本質升級。首先，“離線決策、實時(shí)匹配”的兩階段控制措施形成模式，将逐步過渡到(dào)“離線+在線”多時(shí)間尺度規範叠代的新模式：在離線、準實時(shí)和(hé)實時(shí)等多個階段，控制策略随運行狀态的确定而逐漸聚焦，由粗到(dào)細經多次規範叠代修正，最終得到(dào)既可靠可監管又精準及時(shí)的控制措施；其次，在各個時(shí)間尺度的控制策略分析深度、系統性和(hé)效率獲得全面提升，主動發現(xiàn)深度耦合風(fēng)險、定位風(fēng)險形成和(hé)控制要素、快(kuài)速及時(shí)更新策略的能(néng)力顯著增強，對(duì)人工(gōng)重複勞動和(hé)個體經驗的依賴顯著降低(dī)。

　　新能(néng)源機組快(kuài)速調節特性支撐穩定控制技術向“以調代切”方向發展

　　傳統穩定控制技術的特點是直接斷開(kāi)控制對(duì)象和(hé)電網的電氣連接關系，故障後系統恢複困難。新型電力系統源-網-荷各環節高(gāo)度電力電子化，在電源側和(hé)負荷側，新能(néng)源機組和(hé)電力電子化負荷通過換流器及鎖相環并入電網，其動态行爲由控制算(suàn)法決定，這(zhè)種快(kuài)速調節能(néng)力使得電力電子化電源及負荷具有良好(hǎo)的暫态響應能(néng)力，通過調節控制參數可提供故障過程中的暫态支撐能(néng)力；在電網側，直流輸電具有高(gāo)度靈活可控特性，根據系統運行需要可快(kuài)速調節輸送功率大(dà)小(xiǎo)甚至輸送方向，支撐電網安全穩定運行。電力電子并網設備的數字式快(kuài)速調節能(néng)力給穩定控制技術帶來(lái)新的機遇和(hé)選擇，“以調代切”思想确保控制對(duì)象始終與電網保持電氣連接，有利于故障後系統恢複運行，推動現(xiàn)有穩控技術向着柔性化方向發展。

　　針對(duì)新型電力系統面臨的穩定分析和(hé)控制問題，目前還處于探索階段，相關理(lǐ)論研究和(hé)技術研發已加速展開(kāi)，将引入不确定性思維、非線性控制理(lǐ)論以及數字化技術，推動穩定分析和(hé)穩定控制技術體系的全面升級。可以預見電力系統穩定分析控制技術必将迎來(lái)一輪新的發展高(gāo)潮。

       作(zuò)者：周保榮 爲南方電網公司高(gāo)級技術專家、南網科研院新型電力系統研究所所長