数字化技术在以新能源为主体的新型电力系统中的运用_潘挺.pdf
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1、dianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术10|数字化技术在以新能源为主体的新型电力系统中的运用潘挺厦门海华电力科技有限公司,福建厦门361000摘要:在碳达峰、碳中和背景下,电力行业作为能源行业中CO2排放总量超过四成的重点行业,将直接影响目标实现的进程,因此,大规模接入再生能源,构建清洁、低碳、安全、高效的新型能源体系,严格控制化石能源总量,提升其有效利用率,是“十四五”期间电力体制改革及新型电力系统的主要发展方向。本文基于笔者多年的实践经验,对新型电力系统的主要特征进行阐述,同时就如何应用各种数字化技术构建数字电网进行思考,提出
2、几点应用思路和应用策略,以期为加快构建新能源为主体的新型电力系统作出贡献。关键词:数字化技术;新能源;新型电力系统;数据采集;数字电网中图分类号:TM76 文献标志码:A DOI:10.19772/ki.2096-4455.2022.11.003 0引言电力行业的主要能源为化石能源,随着大规模应用,化石能源逐渐枯竭,全球环境污染及气候变化成为当前人们面临的主要难题之一,能源安全、能源转型逐渐被纳入国家战略规划中。在我国,能源供给和消费结构性矛盾突出,为增强我国能源保障能力,必须从生产侧、消费侧共同着手,提高新能源比重,加快再生能源替代,积极构建以新能源为主体、以多源能源形式为载体、以能源技术和
3、数字化技术深度融合为特征的新型电力系统。1新型电力系统主要特征以新能源为主体的新型电力系统主要包含源、网、荷、载四个环节,借助电力流和信息流形成一个有机整体,是一个非常复杂的,借助数字化技术推动高比例新能源、电力电子,且拥有海量数据的电力系统1。其主要特征体现在以下四个环节(图1)。(1)电源测。新能源接入比例不断增加,电源装机规模倍增于负荷需求增长,据调查,到2030年我国风、光装机容量将超过12亿kW,火电机组将逐渐退出,将大幅提升电力系统新能源消纳压力。但长期来看,为实现碳中和、碳达峰对电力系统的要求,实现零碳电力系统,就必须借助由新能源提供主动支撑。同时,这也导致电力、电量平衡压力增加
4、,大量电力电子设备入网,大幅降低系统惯量,对现有电力系统造成剧烈冲击,进而威胁电力系统安全稳定运行。(2)电网侧。电网规模持续扩大,分布式资源快速增加,配电、用电形态继而发生改变,主配网界限模糊,配电网存在增量配电网(电力体制改革)、智能微电网、直流交流混合融合电网、有源配电网等多种形式同时存在,电网稳定性问题日益复杂;数字化技术逐渐成为电网发展关键技术,借助“电力+算力”这一强大技术优势,显著增加电网感知能力、智能决策和快速响应能力。(3)负荷侧。随着大数据、人工智能等技术的发展,用户可以借助信息技术智能调整自身用能特性,参与供需互动,显著降低了用户参与的时间成本和专业需求,为实现更广泛、完
5、善和有效的供需互动提供信息支持,打破了原有“源随荷动”的运动限制;虚拟电厂、微网、电动汽车 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术|11科技前瞻等多元负荷形态的比例提升。(4)储能侧。储能规模将随着新能源规模的增长而增长,中短期以抽水储能、化学储能为主,随着储能技术的发展,进行持续高强度的科研投入,储能技术将呈现多样化发展趋势。2新型电力系统数字化技术应用思路电力系统作为一个拥有海量数据的复杂系统,其数据价值逐渐受到学术界和工业界高度重视,开始积极探索基于数据驱动的新模型和新方法,开展数字新基建,以提升电力系统数据量和数据价值,同时,在以新能源为主体的新型电力系统中,积极应用数字化技术,将进一
6、步提升资源配置效率,提升风险管控水平,突破新型电力系统中高比例新能源和电力电子装置引发的“双高”技术难题。具体应用思路体现在以下几点。(1)利用数据流打通能源生态系统,构建对应数字电网。电力企业要积极应用数字化技术,改变原有作业模式,在利用数字驱动考量多维复杂因素,将其与实际模型相融合,为企业流程再造、科学规划提供依据;在应用层面,借助大数据分析技术,提高新能源电站观测、控制水平,有效提升新型电力系统中新能源消纳能力,解决电力与电量平衡问题2;利用数字驱动技术引导数据、能量、服务等流动,结合物理模型构建安全防护系统,进而提高对低惯量系统的适应能力,降低电力电子设备高渗透引发的安全风险。(2)借
7、助数字技术助推能源消费革命,激发能源市场活力。我国新型电力系统革命,在国家电力体制改革的政策指引下,以增量配电网、电力市场化交易、需求侧响应等为试点率展开结算试运营,将数字经济与传统电力市场相互融合,构建以数据共享为核心的电力交易市场,以减少电力市场信息差,使电力市场出清结果回归电力商品3。同时,不断丰富电力市场交易品种,探索多元化市场交易方式,逐渐实现能源消费市场由单一、被动、大众化向多元、主动、个性化模式转变,进一步激发需求侧市场活力。(3)利用数字技术创新数字电网,加快新型电力系统转型。随着科技创新发展以及对新型电力系统运行机理和形态的深入研究,我国在新能源消纳、大规模并网、储能技术、虚
8、拟电网等方面均取得了一定成果,实现了电力技术与数字化技术的深度融合,逐渐形成具有体系化的标准规范,打破非技术性壁垒,为电力行业更新换图 1新型电力系统主要特征dianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术12|代和技术升级提供良性支持。3以新能源为主体的新型电力系统中数字化技术应用3.1注重电网规划,加快数字电网建设以新能源为主体的新型电力系统,需要积极应用大数据、云计算、人工智能、物联网等先进数字技术,改造电网关键分段开关、联络开关、分支开关等,不断加强物联网感知规模,打造集信息资源共享、网络集中监控、中心指挥决策于一体的控制中心,实现
9、供电精益化管控。以国家电网推行的“网上电网”应用为例,借助能源生态数字化和运营管控智能化,实现了传统电力系统技术、功能、形态等方面的整体数字化转型,为加快新型电力系统建构提供了重要技术支持。同时,要加快数字电网建设,新型电力系统中源、网、荷、储四个环节相互耦合,在进行电力系统分析和数字电网构建时,就要摆脱过去独立分析模式,以数据为核心,实现再生能源与数据流之间的深度融合,打通源、网、荷、储四个环节,实现协同互动发展。为实现这一目标,就必须从数据采集、数据处理和数据应用三个层面着手,有效获取大量互数据,进行综合关联和分析,实现新型电力系统各个应用场景的准确感知,实现电力系统智能化观测与控制。从数
10、据采集层面看,大规模设置微小传感、芯片智能化终端、智能网关等,确保采集到的数据信息及时、全面、准确,为数字电网建设提供数据基础4;从数据处理层面看,积极应用数据融合技术、大数据分析技术,筛选出关键数据特征,寻求数据之间的关联性,增强数据信息之间的相互补充和协作能力,进而提升新型电力系统全面感知和万物互联能力;从数据应用层面看,通过新型数字技术的应用,实现不同业务系统之间的数据信息共享,构建云数智一体数字技术平台,加快建设新能源接入、智慧能源建设等领域发展,进而实现新型电力系统中电网状态、市场交易、设备状态及管理状态的公开透明;还能实现对感知目标的精准测量,一般来说单一数据表征的信息有限,导致目
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