南网科学研究院曾勇刚：南方电网构建新型电力系统面临的挑战与关键技术

10月13日，2021国家能源互联网大会在山东淄博会展中心正式拉开序幕。本届大会以“聚力双碳目标 ，清洁能源互联创新”为主题。旨在积极响应国家号召，围绕能源数字化转型、新能源高质量发展、新型电力系统建设、氢能/储能技术发展、能源互联网技术研发/示范落地/推广应用等展开研讨、交流与成功经验分享，为汇聚更多相关企事业单位加快新型电力系统建设、推进能源互联网新技术新产品应用、积极参与“双碳”目标早日实现行动计划等指引方向。能见App全程图文直播本次大会。

南方电网科学研究院院长曾勇刚出席会议并发表题为《南方电网构建新型电力系统面临的挑战与关键技术》的主题报告。他表示，实现“双碳”目标，电力是主力军，电网是排头兵。南方电网从今年3月份开始，对构建新型电力系统展开了深入研究，提出了分为四个阶段的建设路径。通过顶层设计、分布实施、有序推进新型电力系统的构建，力争在2030年前基本建成新型电力系统。

以下为发言全文：

曾勇刚：各位专家、各位领导、各位来宾，大家上午好！我报告的题目是《南方电网构建新型电力系统面临的挑战与关键技术》。主要有三个部分：一、构建新型电力系统的主要挑战；二、国际经验的借鉴；三、关键技术。

众所周知，习总书记在去年9月提出了“双碳”目标，3月15号又提出了构建新型电力系统。实现“双碳”目标，理论是主战场，电力是主力军，电网是排头兵。南方电网也是从今年3月份开始，对构建新型电力系统展开了深入研究，提出了分为四个阶段的建设路径，通过顶层设计、分布实施、有序推进新型电力系统的构建，力争在2030年前基本建成新型电力系统。

新型电力系统最主要的特征是以新能源为主体，大家都知道具有“两高和三性”特点，两高是高比例新能源接入、高比电力电子设备应用，三性是随机性、波动性和间歇性，带来了两个方面的挑战，第一是电力保障的挑战，第二是惯量下降的挑战。

右边图是典型光伏的出力曲线图，从图中可以比较直观地来了解新能源的“三性”。随机性就是看天吃饭，主要是出力取决于来风和光照等自然条件，具有较强的不确定性。波动性主要是时高时低，相邻时段和相邻时段的变化大且不可控；间歇性主要是时有时无，对光伏来说是昼夜特性，对风电来说存在连续多天的低出力现象。

以云南和广东电网为例，全年的高峰时段90%概率下可保证风力出力是5%左右。如果按照这个计算，预测南方电网2030年是2.5亿千瓦的新能源装机。按照5%来算，装机替代只有达到1250万千瓦，仍然需要规划大量常规机组做电力保障。

对于波动性，最主要是对于短时发电功率影响大，对电力系统灵活性调节能力要求非常高。以云南风电为例，在2019年做过统计，日内发电功率峰谷差最大达到了全省风电装机的60%。按照这比例来算，2030年，2.5亿千瓦新能源装机的60%日功率的波动将达到1.5亿千瓦的数字，非常庞大的数！

对于间歇性，对电力供应保证的挑战主要是存在连续多日的低出力、光伏的昼夜间歇现象，对系统的供电能力提出了非常高的要求。比如以广东桂山风力发电为例，在2020年就出现过连续7天的低于20%的出力情况。由于大范围连续多天低出力，将对新能源电力系统的电力保障有重大挑战。由于这几方面的问题是通过储能是比较难以解决，因为是连续堕天。如果通过常规的机组来解决的话，系统的运行成本是非常高。

另外一个方面，由于南方电网与云南电网实现了异步，现在广东电网正在进行柔性直流互联，也逐步南方电网变成3到4个交流同步电网。这方面对系统的惯性方面也带来了更大影响。在构建新型电力系统，就对系统惯量更加关注，尤其是关注交流同步电网的频率同步稳定问题。

对于2020年至2060年南方电网的惯性进行评估，通过评估从这两个图可以看出，到2035年左右主网系统惯性常数会降到2秒以下，云南电网因为是异步的，2030年左右就会降到2秒以下。如果考虑到储能以后，到2秒以下的时间会推迟大概10到15年左右。

另外一个指标是初始频率变化率，以南方电网800万千瓦直流双机闭锁来考察频率变化率的话，可以看到2020年到2035年由于同步机开机在逐步增大，总的惯量还是增大的，初始频率在减少。2030年以后由于火电机组退役增速大于同步机的增速，所以总的惯量是在减少。但是如果考虑转成惯量以后，也是会减少，抗干扰能力也会增强。初始频率变化率具有重要的意义，现在国家相关的标准对这方面没有要求的，下一步相关的研究也在加强。

第二个方面，简要介绍对欧洲电网调研情况做对标

2019年，欧洲总装机容量是1.2亿左右，风光装机接近30%，发电量在20%。通过预测，2030年南方电网新能源发电量占比也是20%左右，就是与欧洲当前的水平基本相当。我们觉得欧洲的经验教训，对南方电网的2030年基本建成新型电力系统具有一定的借鉴意义。

欧洲现在面临的最大挑战还是惯性下降的问题，在2020年欧盟对欧洲书店系统运营情况调查评估，惯性下降是列为第一位的。2019年的“8·9”大停电事故，由于南部电网遭受雷击引起单相接地，部分机组脱网后频率变化率达到0.135Hz/s，已经超过了海上风电的频率变化率的保护定值0.125Hz/s，造成了再次机组脱网，加速系统频率的跌落，诱发了低频减载动作，导致英国损失负荷达到6.5%。

英国也采取了相关的措施，主要还是采取了新的惯性服务的方式，把一些关停的发电机组做了电动机运行，以增加系统的频率稳定性。

爱尔兰和北爱尔兰也是基于实时开机对惯量进行实时监测。北欧频率问题比较突出，超过0.1Hz的范围的时间大幅度增加，未来改变传统的模式，通过分区控制实现更有效的运行和控制。

通过欧洲的一些经验调研，我们觉得有几个方面可以借鉴。第一个方面是关注增强惯量，第二是提升频率支撑，第三是加强区域互联，第四是灵活的调节能力。

第三个方面简要介绍一下南方电网构建新型电力系统需要重点突破的一些关键技术，主要是有八个方面。

第一是规模化经济型储能应用技术。储能是解决新型电力系统电力保障和电力惯性的重要举措，重点要突破的关键技术比如GWh级储能电站集成技术，包括梯次利用、绿氢制取的应用技术。

第二是适应多业务场景的新能源全面可观可测可控技术，包括新能源多时空尺度精确预测技术、分布式可再生能源全景动态感知以及双向互动的调控技术等等。

第三是不同时间尺度的概率化电力电量平衡技术，主要是针对新能源的随机性、波动性、间歇性带来的电力保障问题，主要解决规划、调度业务的关键技术。包括了两个时间尺度的，一个是年月的时间尺度，一个是短时间尺度就是周和日的时间尺度。

第四是新型电力系统惯量评估及频率运行控制技术。

第五是高度电力电子化的电力系统谐波及振荡抑制技术。这里面主要是解决电力电子化程度快速提升系统的宽频震荡以及谐振相关的问题。

第六是大规模新能源接入的全景仿真，里面需要突破的技术非常多，主要是建立覆盖全网大规模的新能源全景仿真平台，包括利用实时或者离线，主要是实现精确和实现高效仿真。

第七是电力电子变流设备构网型控制技术，主要是解决惯量问题。

第八是电-碳联动的运营技术及市场机制，包括基于电力流的碳计算模型及测算方法，以及碳足迹监测及分析技术研究，以及电-碳市场的仿真模拟技术。

接下来，南方电网将充分发挥数字电网的承载作用和科技创新的支撑作用，推动关键技术攻关与示范作用，加快建设新型电力系统，全面服务“双碳”目标的实现！我的报告完毕，谢谢大家！

（本文根据会议现场发言嘉宾的速记整理而成，未经本人审核。）