支撐新型電力系統的數字電網標準體系

南方電網數字電網集團有限公司 陳浩敏 馬赟

收稿日期：2022-05-05

作者簡介：陳浩敏（1977—），男，廣東潮州人，碩士，高級工程師，研究方向：智能變電站領域。

支撐新型電力系統的數字電網標準體系，以標準化支撐新型電力系統建設，統籌標準體系頂層設計，以促進新型電力系統各環節和產業鏈條整體協調發展，以支撐實現雙碳戰略目標[1]。

能源活動是當前碳排放的最主要來源，而電力行業在能源行業中排放量最高，電力行業減碳甚至零碳，將是碳達峰、碳中和的勝負手，也將影響各行各業減碳進程。新型電力系統使用的能源以新能源為主，構建現代能源體系，減少碳排放量，是保障能源供應安全和推動能源革命的重要戰略舉措，同時也為我國積極應對氣候變化、促進了碳中和、碳達峰目標的實現。

目前，電力系統相關標準建設逐步完善，在發電、輸電、變電、配電和用電多個專業領域涉及規劃、設計、制造、施工、運行等多個環節。但是，在碳達峰、碳中和目標要求下，新的技術突破大量涌現，國內外尚未形成統一的新型電力系統標準體系。為此，本文提出支撐新型電力系統的數字電網標準體系，以支撐實現碳達峰、碳中和戰略目標[2,3]。

1 新型電力系統的主要特征

1.1 綠色高效

電力電子裝備的廣泛應用在提升能效的同時將使需求側電力電子化特征更加凸顯,傳統電源需要消耗的能源多，碳排放量大。“雙碳”目標下，新能源成為支撐電力市場的主要能源，能滿足不同市場的需求。優化配置和有效利用資源，這對靈活高效的市場機制設計與實現技術提出了更高要求。

1.2 柔性開放

智能微電網具有供電可靠性強、對分布式電源并網滲透率高的特點，推廣智能電網在市中心、郊區以及工業園區的應用，推動新能源的柔性并網和分布式開放接入，需要加快研究儲能技術，新能源和儲能協調開發多樣化的新模式和源網荷儲的融合發展，推動了數字電網技術的發展和電網的現代化發展[4]。

1.3 數字賦能

數字賦能用數據打通源網荷儲的每一個環節，其主要生產要素是數據，發電側具有發電覆蓋全面化、精確度高、高度可控性的特點，電網側主要利用云邊融合體系進行系統調控，用電側聚合資源，獲取用電實時動態。

2 新型電力系統建設新要求

新型電力系統中新能源將成為主力電源，新能源對改變傳統電力系統的結構形態具有重要作用，新型電力系統將呈現高比例新能源與高比例電力電子特性，對可靠供電、安全穩定和經濟運行帶來新的挑戰，為迎接挑戰，需要對電力、電網安全和電能供應這三者的關系進行統籌管理。

2.1 需統籌好新能源與電力保障的關系

保障人們的生活質量和經濟的高速發展，需要保證供電質量，目前，新能源發電存在著波動性大、供電不穩定的特點，電力支撐能力不足，另外新能源發電對極端天氣的耐受能力相對脆弱，需要提供電量替代效益，保障供電穩定和經濟的可持續發展。

2.2 需統籌好新能源與電網安全的關系

新型電力系統在延續交直流串/并聯特征的同時，由于源網荷儲各環節高度電力電子化，將呈現低轉動慣量、寬頻域振蕩等新的動態特征，系統功角穩定、頻率穩定、電壓穩定問題更加復雜。

2.3 需統籌好新能源與電能供應經濟性的關系

新能源受天氣的影響大，每年發電的利用率小、能量低，受地域影響，大型新能源基地位于偏遠地區，供電不可靠，加大了電力系統的建設運營成本。

3 數字電網全面賦能新型電力系統構建

伴隨第四次工業革命的浪潮，以云計算、大數據、物聯網、移動互聯、人工智能、區塊鏈、網絡安全為代表的數字化技術崛起，數據的全面采集、存儲、分析、計算能力得到不斷提升，數字化技術與電網業務深度融合，滲透至電力發、輸、變、配、售、用各環節，成為企業數字化轉型的驅動力，深刻地改變了電力企業生產、經營和管理方式，帶來用戶體驗的提升，以及實現新的業務模式的創新，數字電網關鍵技術如表1所示[5-7]。

表1 數字電網關鍵技術表Tab.1 Key technology table of digital grid

電網數字化轉型需要利用網絡安全標準和電網數據模型，利用數字孿生技術，構建數字電網。“算力”的形成需要利用數字技術平臺，利用互聯網技術連接電網業務的各個環節，構建一個感知強大、決策執行力高的數字電網系統，更新傳統電網的經營模式，構建“電力+算力”模式的電網新能源體系[8,9]。

數字技術在電力系統和綜合能源系統中的應用，將改變能源傳統利用模式，推動能源電力各環節加速向數字化、智能化發展，促進能源電力市場化改革和綠色低碳發展，滿足用戶高質量用能用電需求。基于數字化的信息與物理系統融合將成為新型電力系統的顯著特征，新一代數字技術將成為推動新型電力系統發展的核心動力。在新型電力系統中；云計算、物聯網提供超大規模信息連接和處理能力，奠定新型電力系統關鍵的數字基礎設施；區塊鏈提供高強度的數據管理和保護能力，構筑新型電力系統生態發展的安全核心。

4 數字電網支撐構建新型電力系統標準體系

新型電力系統需要實現“源網荷儲”高度協同，使電網服務從以“優質電力”為核心的主營業務拓展到以“強大算力”為核心的數字產業領域，不斷培育新產品、新模式、新業態、新場景，為企業帶來全方位的變革，進一步推動數字經濟創新發展。

為此，本文開展支撐構建新型電力系統的數字電網標準體系研究（具體如圖1所示），統籌標準體系頂層設計，基本形成覆蓋源、網、荷、儲各方面，涵蓋規劃設計、工程建設、物資采購和生產運行等各環節的國家標準、行業標準、團體標協調統一的標準體系，以促進新型電力系統各環節和產業鏈條整體協調發展[10-12]。

數字電網支撐構建新型電力系統技術標準體系，從源網荷儲、數字技術、能源生態等不同方面，研究構建新型電力系統標準需求，明確各領域、各層級標準關系，為制定各領域技術專業標準提供基礎和指導。

4.1 基礎標準

為實現碳達峰、碳中和目標，經濟社會發展需要全面綠色轉型，其中能源的綠色低碳發展是關鍵，電力系統作為能源轉型的主力軍要走綠色低碳的高質量發展道路，清潔低碳是建設新型電力系統的核心要求，是新型電力系統技術標準體系的核心組成部分，也是新型電力系統技術標準體系與傳統電力系統技術標準體系的首要區別。

4.2 電源標準

發電側方面需要統籌煤炭等化石能源和水、風、光等清潔能源與多能互補技術標準，為形成以新能源為主體的電力供應格局提供支撐；加強煤電靈活性改造及抽水蓄能、燃氣發電等傳統調峰電源技術標準建設，為充分挖掘靈活調節和協調運行能力提供支撐。

4.3 電網標準

電網側方面，需要優化完善各級各類網絡輸電、變電技術標準體系；加強配電網改造升級、分布式電源與微網相關標準建設，支撐分布式新能源高效就地消納，推動微電網更深層次發展。新能源的大規模發展將使電力系統面臨靈活性資源不足、新能源消納能力不足、系統可靠性下降、配網側運維管理難度加大等一系列挑戰，新型電力系統技術標準體系需要相應有新的發展。

4.4 負荷標準

安全穩定是新型電力系統的底線要求，也是新型電力系統能夠持續運轉的基本前提。當前我國多區域交直流混聯的大電網結構日趨復雜，間歇性、波動性新能源發電接入電網規模快速擴大，新型電力電子設備應用比例大幅提升，極大地改變了傳統電力系統的運行規律和特性，在特殊情況下容易出現電力安全供應問題。此外，隨著電力系統物理和信息層面互聯程度提升，人為外力破壞或通過信息攻擊手段引發電網大面積停電事故等非傳統電力安全風險也在增加。因此，要支撐新型電力系統應對各類安全風險和挑戰，技術基礎標準體系中需要有安全穩定通用標準作為制定技術標準、管理標準、工作標準的基礎。

4.5 儲能標準

要加強多種儲能技術的標準體系建設，支撐儲能技術創新與商業化發展。推進電力系統備用技術標準體系建設，支撐其為特殊情況下電力系統的安全穩定運行提供保障。數字化與智能化是新型電力系統實現清潔、低碳、安全、高效的重要技術支撐和戰略性抓手，是承載新型電力系統的最佳形態。新型電力系統技術標準體系需要支撐能源電力系統與互聯網技術深度融合，推動電力系統數字化升級改造和智能化技術應用，實現發電側、電網側、用戶側智能化與有機融合，形成一個整體、高效、科學、互動的新一代智慧能源系統，以保障能源電力系統以安全高效的方式朝著清潔低碳方向發展。因此，數字技術標準應作為技術基礎標準體系的一部分，與各生產階段深度融合，這也是區別于傳統電力系統技術標準體系的重要方面。

4.6 能源生態標準

經濟高效是新型電力系統的運行特征及現實要求。完善的電力市場體制是支撐新型電力系統經濟高效運轉的機制保障，新型電力系統技術標準體系需要構建有效競爭的市場結構和市場體系，形成適合我國國情的市場化機制，充分調動系統靈活性，促進源網荷儲互動，實現提升系統運行效率、全局優化配置資源的目標。因此，作為電力系統運行的關鍵環節，電力經濟在技術專業標準體系中占據越來越重要的地位，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技術標準體系的重要標志。

5 結語

為實現碳達峰、碳中和目標，我國新能源將進一步跨越式發展，繼續以數倍于用電負荷增長的速度新增并網，成為電力系統的主體電源，由此帶來了一系列的影響。數字電網依托新一代數字技術，整合多元異構數據，應用大數據、人工智能等技術，從“源網荷儲”各側數字賦能新型電力系統，有效承載新型電力系統中大規模新能源的安全、可靠、高效接入。支撐構建新型電力系統的數字電網標準體系將為電力系統適應新能源的大規模發展提供支撐與指導，解決新能源大規模發展帶來的消納、調節、運行、治理挑戰，推動新型電力系統實現清潔低碳、安全可靠、智慧靈活、經濟高效運轉。