我国西北地区风光资源丰富，随着近年来新能源开发利用力度不断加大，西北电网高占比新能源送端电网特征日益突出。截至目前，西北电网新能源发电量占总发电量的比重超过20%，与欧盟的新能源发电量占比几乎相同，达到国际领先水平，新能源利用率5年来提升至95%。
国家电网有限公司西北分部结合西北电网运行实际，针对高占比新能源送端电网电力电量平衡问题，于今年9月起开展西北新型电力系统青年创新工程，创新管理和技术模式，着力构建适应新型电力系统建设的新型平衡体系。
(相关资料图)
强化大电网平衡机理研究
助力迎峰度夏电力保供
9月，国网西北分部响应公司发起成立的新型电力系统技术创新联盟的号召，联合区域内来自电网企业、发电企业、高校、科研机构、设备制造企业的众多青年创新团队，正式面向新型电力系统建设开展西北新型电力系统青年创新工程，整合科研力量，凝聚人才合力，搭建多元参与、开放共享的创新平台。新型平衡体系构建作为新型电力系统建设的重要内容和任务，已被列入“新青创”工程首批研究课题。国网西北分部联合经营区内多个青年创新团队全面启动技术研究和攻关。
“随着新能源发电装机占比不断提升，源荷两侧的不确定性进一步增大，新能源发电具有极强的随机性和波动性，电网平衡出现‘概率化’的新特征。”西北电力调度控制中心主任工程师任景说。
目前，西北电网新能源发电最大出力15分钟内最大变化量已接近1000万千瓦，1小时内最大变化量已达2000万千瓦。任景表示，传统的电力电量平衡分析方法已不能很好地应对当前形势，需要电网企业对平衡机理进行再研究、再认识，才能够科学应对新能源发电带来的不确定性。
西北地区占我国陆地总面积的近三分之一，区域内风光资源、用电负荷有明显的时空差异、互补特性，需要统筹全网调节资源，实现在更大范围的平衡优化，应对新能源发电的不确定性。开展全网平衡，就需要将各个分区电网新能源发电功率存在的时空差异进行整合，量化互联电网平衡概率风险，而分区平衡差异的整合不是简单的加和。
通过上述分析，国网西北分部基于历史数据，借助模糊数学理论，通过建立大电网“平衡隶属度函数”，量化电网平衡的概率结果，从而将具体的平衡问题抽象成普适的数学模型，指导形成“中长期交易发挥压舱石作用+现货交易平衡实时余缺”的全局最优交易组织模式。基于该模式，西北地区各省级电网平衡协同互动、余缺互济，在各自平衡的基础上有效拓展平衡空间，实现了外送电量、新能源电量消纳空间“1+1>2”的新突破。
以西北电网今年迎峰度夏期间某典型月为例，考虑中长期交易，甘肃电网和新疆电网无法各自独立实现电力平衡，需要优化省间的中长期交易电量，通过西北全网的支援，满足电力保供要求。国网西北分部利用普适的数学模型，充分发挥省间联络断面的交换能力，实现全网平衡优化，深挖电源侧、负荷侧调节资源，保障了中长期交易中的电力供应，并应用于迎峰度夏的生产实际。该典型月，西北电网跨区直流输电线路连续3日大功率外送，最大外送电力达5199万千瓦，同比增长27.6%，最大日外送电量达11.39亿千瓦时，同比增长35.8%，有力支援了西南电网等地区的电力供应。
优化新能源发电功率预测
进一步提高新能源利用率
“随着新能源发电装机容量进一步增长，常规火电机组的开机空间被占用，局部电网平衡新能源波动的压力会较大。”国网西北分部技术中心新能源研究室主任张小奇介绍。
在月度时间尺度上，国网西北分部率先将新能源发电功率预测周期拓展至周以上，强化提升新能源发电功率长周期预测准确性，并建立分级预警机制及生产效能管理体系，量化评估设备停运检修对新能源电量消纳的影响，科学指导安排检修工作。
在日前时间尺度上，国网西北分部建立了基于“风险可控”原则的新能源发电功率预测纳入日前备用方法，指导安排机组开机方式和出力计划。截至目前，在西北电网日前计划安排中，工作人员根据新能源发电功率预测结果，将新能源发电功率纳入次日备用的最大量已超过1500万千瓦，常规火电机组开机时间大幅压减，互联电网互济作用进一步发挥，有效拓展了全网新能源发电空间。
在超短期时间尺度上，随着新能源发电装机容量的不断增长，系统最小快速调节资源的配置需求不断增加，系统调节成本将持续上升。针对上述问题，国网西北分部建立网省复杂级联断面的多目标协同优化模型，将新能源发电功率预测纳入控制过程，实现对电网功率波动的提前反应、超前控制，在保证电网安全稳定运行的基础上，实现新能源电量消纳最大化和送出通道利用最大化。
新能源发电功率预测的精度越高，考虑新能源预测的“主动响应”控制模式性能就越好。国网西北分部构建了高占比新能源电网智能协调控制系统，该系统在多级断面的潮流控制中，能够自动协调优化断面内风电、光伏发电、水电、火电机组的出力值，为断面内新能源电量的释放提供空间，提高新能源电量的利用率。以陕西电网陕北级联送出断面为例，2021年冬季日均释放新能源发电空间140万千瓦时，同时将新能源电量消纳压力较大时段送出断面利用率由90%提升至98%以上，通过提升断面利用率，日均增加新能源发电量80万千瓦时。
提升系统“可观性”“可控性”
更好实现平衡与安全的协调
随着新能源发电装机占比不断提高，其出力的波动性改变了传统电网相对固定的运行模式。以青海电网为例，其新能源出力波动量造成日内平衡需求最大超过1100万千瓦，省内平衡调节能力不足，白天呈现送端电网特征，夜间则呈现受端电网特征；主导稳定问题也随之改变，安全与平衡间的矛盾凸显，大电网安全运行统筹难度持续增大。
为了更好地实现平衡与安全的协调，国网西北分部创新解决稳定裕度的评估难题，通过引入新能源多场站短路比等机理分析模型，准确地观测到新能源发电机组启/停机等平衡调节措施对安全裕度的影响，实现安全与平衡结论相互影响程度的量化可观，为精益化电网运行控制措施提供了辅助决策手段。在此基础上，国网西北分部还拓展了750千伏网架结构的柔性可控能力，通过网络接线方式适应电网稳定特征的快速、柔性切换，适应送受端的特征变化趋势，更好地满足安全与平衡的需求。
今年夏季水电大发期间的晚高峰时段，在安全与平衡间关系量化可观的基础上，青海电网将相关750千伏线路出串运行，降低短路电流水平，保证近区常规发电机组全开机，提高青海电网供电能力，降低对全网调峰资源的依赖；午间恢复正常接线方式，提高局部电网电压支撑水平，拓展新能源电量消纳空间30万～50万千瓦，促进新能源电量消纳。
国网西北分部将继续坚持立足西北、服务西北、发展西北，持续发挥“新青创”工程作用，创新完善新型平衡体系等各项工作，加速推动西北新型电力系统先行示范区建设，全力服务“双碳”目标实现。
