南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)集團(tuán)有限公司 陳浩敏 馬赟

收稿日期：2022-05-05

作者簡(jiǎn)介：陳浩敏（1977—），男，廣東潮州人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：智能變電站領(lǐng)域。

支撐新型電力系統(tǒng)的數(shù)字電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系，以標(biāo)準(zhǔn)化支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)，統(tǒng)籌標(biāo)準(zhǔn)體系頂層設(shè)計(jì)，以促進(jìn)新型電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)和產(chǎn)業(yè)鏈條整體協(xié)調(diào)發(fā)展，以支撐實(shí)現(xiàn)雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)[1]。

能源活動(dòng)是當(dāng)前碳排放的最主要來(lái)源，而電力行業(yè)在能源行業(yè)中排放量最高，電力行業(yè)減碳甚至零碳，將是碳達(dá)峰、碳中和的勝負(fù)手，也將影響各行各業(yè)減碳進(jìn)程。新型電力系統(tǒng)使用的能源以新能源為主，構(gòu)建現(xiàn)代能源體系，減少碳排放量，是保障能源供應(yīng)安全和推動(dòng)能源革命的重要戰(zhàn)略舉措，同時(shí)也為我國(guó)積極應(yīng)對(duì)氣候變化、促進(jìn)了碳中和、碳達(dá)峰目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

目前，電力系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)逐步完善，在發(fā)電、輸電、變電、配電和用電多個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域涉及規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、施工、運(yùn)行等多個(gè)環(huán)節(jié)。但是，在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)要求下，新的技術(shù)突破大量涌現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外尚未形成統(tǒng)一的新型電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系。為此，本文提出支撐新型電力系統(tǒng)的數(shù)字電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系，以支撐實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)[2,3]。

1 新型電力系統(tǒng)的主要特征

1.1 綠色高效

電力電子裝備的廣泛應(yīng)用在提升能效的同時(shí)將使需求側(cè)電力電子化特征更加凸顯,傳統(tǒng)電源需要消耗的能源多，碳排放量大?！半p碳”目標(biāo)下，新能源成為支撐電力市場(chǎng)的主要能源，能滿足不同市場(chǎng)的需求。優(yōu)化配置和有效利用資源，這對(duì)靈活高效的市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)提出了更高要求。

1.2 柔性開(kāi)放

智能微電網(wǎng)具有供電可靠性強(qiáng)、對(duì)分布式電源并網(wǎng)滲透率高的特點(diǎn)，推廣智能電網(wǎng)在市中心、郊區(qū)以及工業(yè)園區(qū)的應(yīng)用，推動(dòng)新能源的柔性并網(wǎng)和分布式開(kāi)放接入，需要加快研究?jī)?chǔ)能技術(shù)，新能源和儲(chǔ)能協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)多樣化的新模式和源網(wǎng)荷儲(chǔ)的融合發(fā)展，推動(dòng)了數(shù)字電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和電網(wǎng)的現(xiàn)代化發(fā)展[4]。

1.3 數(shù)字賦能

數(shù)字賦能用數(shù)據(jù)打通源網(wǎng)荷儲(chǔ)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，其主要生產(chǎn)要素是數(shù)據(jù)，發(fā)電側(cè)具有發(fā)電覆蓋全面化、精確度高、高度可控性的特點(diǎn)，電網(wǎng)側(cè)主要利用云邊融合體系進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)控，用電側(cè)聚合資源，獲取用電實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)。

2 新型電力系統(tǒng)建設(shè)新要求

新型電力系統(tǒng)中新能源將成為主力電源，新能源對(duì)改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)具有重要作用，新型電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)高比例新能源與高比例電力電子特性，對(duì)可靠供電、安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，為迎接挑戰(zhàn)，需要對(duì)電力、電網(wǎng)安全和電能供應(yīng)這三者的關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)籌管理。

2.1 需統(tǒng)籌好新能源與電力保障的關(guān)系

保障人們的生活質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，需要保證供電質(zhì)量，目前，新能源發(fā)電存在著波動(dòng)性大、供電不穩(wěn)定的特點(diǎn)，電力支撐能力不足，另外新能源發(fā)電對(duì)極端天氣的耐受能力相對(duì)脆弱，需要提供電量替代效益，保障供電穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 需統(tǒng)籌好新能源與電網(wǎng)安全的關(guān)系

新型電力系統(tǒng)在延續(xù)交直流串/并聯(lián)特征的同時(shí)，由于源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)高度電力電子化，將呈現(xiàn)低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、寬頻域振蕩等新的動(dòng)態(tài)特征，系統(tǒng)功角穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定問(wèn)題更加復(fù)雜。

2.3 需統(tǒng)籌好新能源與電能供應(yīng)經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系

新能源受天氣的影響大，每年發(fā)電的利用率小、能量低，受地域影響，大型新能源基地位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，供電不可靠，加大了電力系統(tǒng)的建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本。

3 數(shù)字電網(wǎng)全面賦能新型電力系統(tǒng)構(gòu)建

伴隨第四次工業(yè)革命的浪潮，以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能、區(qū)塊鏈、網(wǎng)絡(luò)安全為代表的數(shù)字化技術(shù)崛起，數(shù)據(jù)的全面采集、存儲(chǔ)、分析、計(jì)算能力得到不斷提升，數(shù)字化技術(shù)與電網(wǎng)業(yè)務(wù)深度融合，滲透至電力發(fā)、輸、變、配、售、用各環(huán)節(jié)，成為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的驅(qū)動(dòng)力，深刻地改變了電力企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)和管理方式，帶來(lái)用戶體驗(yàn)的提升，以及實(shí)現(xiàn)新的業(yè)務(wù)模式的創(chuàng)新，數(shù)字電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)如表1所示[5-7]。

表1 數(shù)字電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)表Tab.1 Key technology table of digital grid

電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要利用網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)和電網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，利用數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字電網(wǎng)。“算力”的形成需要利用數(shù)字技術(shù)平臺(tái)，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接電網(wǎng)業(yè)務(wù)的各個(gè)環(huán)節(jié)，構(gòu)建一個(gè)感知強(qiáng)大、決策執(zhí)行力高的數(shù)字電網(wǎng)系統(tǒng)，更新傳統(tǒng)電網(wǎng)的經(jīng)營(yíng)模式，構(gòu)建“電力+算力”模式的電網(wǎng)新能源體系[8,9]。

數(shù)字技術(shù)在電力系統(tǒng)和綜合能源系統(tǒng)中的應(yīng)用，將改變能源傳統(tǒng)利用模式，推動(dòng)能源電力各環(huán)節(jié)加速向數(shù)字化、智能化發(fā)展，促進(jìn)能源電力市場(chǎng)化改革和綠色低碳發(fā)展，滿足用戶高質(zhì)量用能用電需求?；跀?shù)字化的信息與物理系統(tǒng)融合將成為新型電力系統(tǒng)的顯著特征，新一代數(shù)字技術(shù)將成為推動(dòng)新型電力系統(tǒng)發(fā)展的核心動(dòng)力。在新型電力系統(tǒng)中；云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)提供超大規(guī)模信息連接和處理能力，奠定新型電力系統(tǒng)關(guān)鍵的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施；區(qū)塊鏈提供高強(qiáng)度的數(shù)據(jù)管理和保護(hù)能力，構(gòu)筑新型電力系統(tǒng)生態(tài)發(fā)展的安全核心。

4 數(shù)字電網(wǎng)支撐構(gòu)建新型電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系

新型電力系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”高度協(xié)同，使電網(wǎng)服務(wù)從以“優(yōu)質(zhì)電力”為核心的主營(yíng)業(yè)務(wù)拓展到以“強(qiáng)大算力”為核心的數(shù)字產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，不斷培育新產(chǎn)品、新模式、新業(yè)態(tài)、新場(chǎng)景，為企業(yè)帶來(lái)全方位的變革，進(jìn)一步推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展。

為此，本文開(kāi)展支撐構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的數(shù)字電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系研究（具體如圖1所示），統(tǒng)籌標(biāo)準(zhǔn)體系頂層設(shè)計(jì)，基本形成覆蓋源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)各方面，涵蓋規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、物資采購(gòu)和生產(chǎn)運(yùn)行等各環(huán)節(jié)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系，以促進(jìn)新型電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)和產(chǎn)業(yè)鏈條整體協(xié)調(diào)發(fā)展[10-12]。

數(shù)字電網(wǎng)支撐構(gòu)建新型電力系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，從源網(wǎng)荷儲(chǔ)、數(shù)字技術(shù)、能源生態(tài)等不同方面，研究構(gòu)建新型電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)需求，明確各領(lǐng)域、各層級(jí)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系，為制定各領(lǐng)域技術(shù)專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供基礎(chǔ)和指導(dǎo)。

4.1 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要全面綠色轉(zhuǎn)型，其中能源的綠色低碳發(fā)展是關(guān)鍵，電力系統(tǒng)作為能源轉(zhuǎn)型的主力軍要走綠色低碳的高質(zhì)量發(fā)展道路，清潔低碳是建設(shè)新型電力系統(tǒng)的核心要求，是新型電力系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的核心組成部分，也是新型電力系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的首要區(qū)別。

4.2 電源標(biāo)準(zhǔn)

發(fā)電側(cè)方面需要統(tǒng)籌煤炭等化石能源和水、風(fēng)、光等清潔能源與多能互補(bǔ)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為形成以新能源為主體的電力供應(yīng)格局提供支撐；加強(qiáng)煤電靈活性改造及抽水蓄能、燃?xì)獍l(fā)電等傳統(tǒng)調(diào)峰電源技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，為充分挖掘靈活調(diào)節(jié)和協(xié)調(diào)運(yùn)行能力提供支撐。

4.3 電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

電網(wǎng)側(cè)方面，需要優(yōu)化完善各級(jí)各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)輸電、變電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系；加強(qiáng)配電網(wǎng)改造升級(jí)、分布式電源與微網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，支撐分布式新能源高效就地消納，推動(dòng)微電網(wǎng)更深層次發(fā)展。新能源的大規(guī)模發(fā)展將使電力系統(tǒng)面臨靈活性資源不足、新能源消納能力不足、系統(tǒng)可靠性下降、配網(wǎng)側(cè)運(yùn)維管理難度加大等一系列挑戰(zhàn)，新型電力系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系需要相應(yīng)有新的發(fā)展。

4.4 負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)

安全穩(wěn)定是新型電力系統(tǒng)的底線要求，也是新型電力系統(tǒng)能夠持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的基本前提。當(dāng)前我國(guó)多區(qū)域交直流混聯(lián)的大電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，間歇性、波動(dòng)性新能源發(fā)電接入電網(wǎng)規(guī)?？焖贁U(kuò)大，新型電力電子設(shè)備應(yīng)用比例大幅提升，極大地改變了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律和特性，在特殊情況下容易出現(xiàn)電力安全供應(yīng)問(wèn)題。此外，隨著電力系統(tǒng)物理和信息層面互聯(lián)程度提升，人為外力破壞或通過(guò)信息攻擊手段引發(fā)電網(wǎng)大面積停電事故等非傳統(tǒng)電力安全風(fēng)險(xiǎn)也在增加。因此，要支撐新型電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)各類(lèi)安全風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)，技術(shù)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)體系中需要有安全穩(wěn)定通用標(biāo)準(zhǔn)作為制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)、工作標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。

4.5 儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)

要加強(qiáng)多種儲(chǔ)能技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，支撐儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新與商業(yè)化發(fā)展。推進(jìn)電力系統(tǒng)備用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，支撐其為特殊情況下電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。數(shù)字化與智能化是新型電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)清潔、低碳、安全、高效的重要技術(shù)支撐和戰(zhàn)略性抓手，是承載新型電力系統(tǒng)的最佳形態(tài)。新型電力系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系需要支撐能源電力系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度融合，推動(dòng)電力系統(tǒng)數(shù)字化升級(jí)改造和智能化技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)智能化與有機(jī)融合，形成一個(gè)整體、高效、科學(xué)、互動(dòng)的新一代智慧能源系統(tǒng)，以保障能源電力系統(tǒng)以安全高效的方式朝著清潔低碳方向發(fā)展。因此，數(shù)字技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)作為技術(shù)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)體系的一部分，與各生產(chǎn)階段深度融合，這也是區(qū)別于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的重要方面。

4.6 能源生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)

經(jīng)濟(jì)高效是新型電力系統(tǒng)的運(yùn)行特征及現(xiàn)實(shí)要求。完善的電力市場(chǎng)體制是支撐新型電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)制保障，新型電力系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系需要構(gòu)建有效競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)結(jié)構(gòu)和市場(chǎng)體系，形成適合我國(guó)國(guó)情的市場(chǎng)化機(jī)制，充分調(diào)動(dòng)系統(tǒng)靈活性，促進(jìn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)提升系統(tǒng)運(yùn)行效率、全局優(yōu)化配置資源的目標(biāo)。因此，作為電力系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，電力經(jīng)濟(jì)在技術(shù)專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系中占據(jù)越來(lái)越重要的地位，并隨電力體制改革的深化不斷健全，這也是完善的新型電力系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的重要標(biāo)志。

5 結(jié)語(yǔ)

為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，我國(guó)新能源將進(jìn)一步跨越式發(fā)展，繼續(xù)以數(shù)倍于用電負(fù)荷增長(zhǎng)的速度新增并網(wǎng)，成為電力系統(tǒng)的主體電源，由此帶來(lái)了一系列的影響。數(shù)字電網(wǎng)依托新一代數(shù)字技術(shù)，整合多元異構(gòu)數(shù)據(jù)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，從“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”各側(cè)數(shù)字賦能新型電力系統(tǒng)，有效承載新型電力系統(tǒng)中大規(guī)模新能源的安全、可靠、高效接入。支撐構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的數(shù)字電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系將為電力系統(tǒng)適應(yīng)新能源的大規(guī)模發(fā)展提供支撐與指導(dǎo)，解決新能源大規(guī)模發(fā)展帶來(lái)的消納、調(diào)節(jié)、運(yùn)行、治理挑戰(zhàn)，推動(dòng)新型電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)清潔低碳、安全可靠、智慧靈活、經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)轉(zhuǎn)。