电力系统的双侧随机性特征
电力系统运行的关键在于满足电能的实时供需平衡。传统电力系统通过调整发电机组出力满足需求侧电力负荷的随机波动，这种系统具有单侧随机性特征，通过负荷预测及优化调度可以保证电能供需平衡及电网稳定运行，电力系统的运行控制理论和实践经验主要衍生于单侧随机性系统。未来，以风能和太阳能光伏发电为主的可再生能源在整个电源结构中的比例将持续增长，由于风电和光伏发电具有波动性和间歇性特征，掌握这类机组出力的规律并对其有效预测将变得非常困难。这种情况下，供应侧也出现随机波动的特性，随着可再生能源在电源结构中的比重不断增加，供应侧随机性将更加明显。也就是说，作为促进大规模可再生能源开发利用的载体，电力系统在供需双侧都呈现出随机性特征，我们将这一特征称为双侧随机性。
电力系统双侧随机性的出现具有一定的必然性。当前的环境承载能力已经不允许化石能源大量的开发利用，传统化石能源难以支撑人类社会的可持续发展，能源结构转型已经成为全球的必然趋势。在电源结构中，可再生能源将逐步替代传统的化石能源。然而，由于可再生能源的自然属性以及当前电力系统技术的局限性，短期内无法解决可再生能源出力的间歇性和波动性问题。因此，双侧随机性将成为未来电力系统的常态化特征。
双侧随机性对电力系统的影响
在双侧随机系统中，间歇性、波动性较大的可再生能源发电给供应侧引入了一些自由变动的因素，使得供应侧变得不是完全可控，这样势必对电力系统的各方面产生巨大影响，致使电力系统的安全、经济运营面临巨大挑战。
双侧随机性对电力系统安全稳定性的影响
在双侧随机系统中，可再生能源的随机性、间歇性和波动性是对电网运行产生不利影响的主要原因。其对电网安全生产的影响主要表现在可再生能源的随机功率差额及其投切过程给电网带来的冲击，并且可再生能源出力受环境和气象等因素的影响较大，其发电设备和电气设备也容易受到波动而发生故障。因此，双侧随机系统性特征下电力系统的继电保护、安全稳定等方面将面临巨大挑战。未来，随着可再生能源比例越来越大，电力系统所面临的冲击和挑战必将不断增大，对系统稳定性的影响更为显著，严重情况下可能会使系统失去动态稳定性，导致整个电力系统瓦解。
双侧随机性对电网运行控制方式的影响
供应侧的发电出力和需求侧的负荷特性在双侧随机性系统中的变动都将具有一定的波动性和不可预测性，使得电力系统的实时供需平衡增大了难度。在这种新的外部环境下要保证系统电力供需平衡，一方面需要供应侧发电出力能够跟踪需求侧负荷的变化，另一方面还要求需求侧的电力用户能够响应系统的运行状况。然而，在目前的运行控制观念中，负荷往往被认为是刚性的，系统必须无条件地满足用户的用电需求，该控制逻辑默认用户没有能力或者不愿意改变其用电行为，需求侧资源的可控性并没有引起足够的重视。因此，电力系统原有的运行方式和控制逻辑并不适用于双侧随机系统。
双侧随机性对电网调度计划的影响
电网公司制定的调度计划是实现系统供需实时平衡的关键。传统单侧随机系统是基于对供应侧的出力控制及需求侧用户的负荷预测来制定调度计划，但在双侧随机系统中，可再生能源出力的强随机波动性、难以准确预测及反调峰的特性增大了系统调度的难度。同时，在双侧随机系统中，可调度资源除了传统的火电、水电、核电等电源外，还将增加储能设备和需求侧资源。也就是说，在双侧随机系统的调度环节，调度对象由原有的需求侧负荷不可控、供应侧出力可控的系统变成一个供应侧随机性增强、各类可控资源总量增多，但可调度质量相对较差的电力系统，同传统单侧随机系统相比，其电力调度计划的制定依据必将存在很大不同。
双侧随机性对电源规划的影响
对供应侧而言，规模化可再生能源的接入，使得电网不得不面对强随机波动的电源形式，从目前的实践来看，多能源互补是平抑可再生能源电力随机波动性的基本手段。然而，当前新能源与传统能源电源建设规划之间并不协调，随着双侧随机性特征的进一步加深，电源之间的相互影响将逐渐凸显。此外，当前针对可再生能源的电源规划明显欠缺专业性，具体表现为新电源建设与电网规划之间的不协调现象明显。例如，我国西南省份大规模水电投产后即面临大量弃水，三北地区弃风、弃光问题长期难以有效解决。供应侧电源规划的不协调问题一方面造成了资源的严重浪费，另一方面在很大程度上降低了供应侧出力的可控性，加重了双侧随机波动性对系统运行的影响。
如何应对电力系统双侧随机性带来的挑战
在单侧随机系统向双侧随机系统逐渐过渡的变革下，需要改变电力系统原有的规划观念和运行控制逻辑，笔者提出“区域多能源体”的理念和能源互联网技术，并建议从电力系统的规划、运行和机制三方面入手，以应对双侧随机性特征下电力系统面临的挑战。
“区域多能源体”的理念
“区域多能源体”是指一定区域内由能源供应主体、能源传输主体和能源消费主体构成的，各类能源资源多维协同、多方互动的一体化能源供用实体，是一个包含规划、运行和体制机制三个层面的整体解决方案。在传统方式无法解决问题的情况下，“区域多能源体”将成为平抑双侧随机性、实现多能源利用协调配合的必然选择。
从区域上讲，“区域多能源体”是以能源资源禀赋、地理位置、国家能源发展战略为主要考虑因素划分的地域范围，主要分为区域内部与跨区域两个层面。首先，在区域内部层面上，构建包括能源开发利用、电能生产、电能传输、需求侧用电四个环节的多能源实体，实现以上四个环节的有效协同。其次，在跨区域层面上，充分考虑多个“区域多能源体”之间的资源禀赋差异，依托高效电能传输平台(如特高压电网)，实现多个“区域多能源体”之间的优势互补与有效协同。通过区域内、区域间的协同配合，降低整个电力系统的双侧随机性。
从能源的供应与使用上讲，“区域多能源体”一方面要求在一定区域内部实现能源资源的统筹规划、整体开发、协同建设，形成各类能源资源的优势互补;另一方面要求实现电能生产与传输的有效配合，同时将需求侧资源纳入到电力系统调控的范围中来，配合储能设施的有序充放电，实现需求侧和供应侧双侧的有机协调。
提倡“区域多能源体”理念的必要性主要体现在以下三个方面：
一是“区域多能源体”能够实现可再生能源有效利用、促进多种能源协调配合。“区域多能源体”理念强调可再生能源与传统化石能源之间的协调配合，一方面，利用传统化石能源发电的可调控性、灵活性弥补可再生能源的间歇性、波动性，形成不同类电源之间的有效协调配合与资源优化配置，消除可再生能源并网障碍;另一方面，通过构建高效能源传输平台，实现各能源体之间的相互协调配合，促进可再生能源电力的高效外送和消纳。因此“区域多能源体”将是实现可再生能源电力优化、合理开发利用的重要手段。
二是“区域多能源体”能够优化双侧随机系统总体能源布局、促进能源开发利用一体化。“区域多能源体”强调根据各区域能源资源禀赋进行区域化的能源开发利用，突破时间和空间上的限制，在一定程度上实现区域能源一体化，通过区域内、区域间各类能源的合理规划，提高能源利用效率，优化双侧随机系统总体能源布局，促进能源开发利用一体化，进而平抑供应侧的随机性。
三是“区域多能源体”能够保证双侧随机系统能源供需平衡、实现能源运输体系有机协调。“区域多能源体”强调区域之间的能源优势协调互补，要求在加快建设铁路、公路交通运输网络的同时，运用特高压等高效能源传输平台，实现输煤、输电并举，将西北部的优质可再生能源转化为电的方式，输送到东部加以有效利用，保证能源供需平衡的同时将显著提高双侧随机系统的综合能源利用效率。
能源互联网技术
能源互联网是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态，具有设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等特征，其核心特征可概括为“横向多能源互补，纵向源网荷储协调”。在应对双侧随机性变革问题时，能源互联网的“纵向源网荷储协调”可以起到关键作用。“源—网—荷—储”协调优化技术是指电源、电网、负荷与储能四部分通过多种交互手段，更经济、高效、安全地提高电力系统的功率动态平衡能力，从而实现能源资源最大化利用的运行模式。通过智能电网技术、先进输电技术、负荷响应技术及先进储能技术作为支撑，实现电源与电网、电网与用户、电源与用户之间的资源优化配置。该模式是包含电源、电网、用户的整体解决方案的关键技术。
该技术主要包含以下三个方面：
源源互补。该技术能够实现不同电源之间的有效协调互补，弥补可再生能源易受地域、环境、气象等因素影响的缺点，克服单一新能源固有的随机性和波动性的缺点，形成多样化、协调互动的能源供应体系。
源网协调。该技术将实现新能源电源与电网的协调配合，可通过微网、智能配电网等技术将数量庞大、形式多样的电源进行灵活、高效的组合应用，同时提高电网运行的自主调节能力，降低供应侧随机性给电网安全稳定运行带来的影响。
网荷储互动。该技术将需求侧资源视为与储能、供应侧资源相同的、可调控的资源，实现储能、需求侧资源与电网之间的能量双向交互，从而使储能、需求侧资源能够参与电网调控，引导需求侧主动追寻可再生能源出力波动，配合储能资源的有序充放电，增强电网运行的安全稳定性。
与适用于传统单侧随机系统的技术相比，能源互联网下“源—网—荷—储”协调优化技术具有明显的先进性。它能够充分发挥需求侧资源在电网运行中的调控作用，使电网、需求侧资源形成真正的协调互动，保证电网的安全稳定运行;能够实现常规电源与新能源电源的协调配合，使可再生能源与具有良好调节和控制性能的可控电源的协调配合，让可再生能源出力向可预测、可调控的方向发展;还能够实现负荷、储能与电源的协调互动与动态平衡，通过完善的信息交互，使电源、负荷不仅能感知自身状态的变化，同时还能获知其他模块的全面信息，从而使电源、负荷、储能相互之间的全面互动成为可能。
应对建议
一是规划方面。当前的规划模式不足以应对双侧随机系统带来的变革。当前的电力系统规划仅注重供应侧资源的规划，对需求侧资源重视不足。双侧随机性系统中，供应侧和需求侧的统一规划或高度协调规划变得十分重要，而割裂这种整体性追求局部利益最大化无法应对双侧随机性系统变革。也就是说，双侧随机性系统要求双侧资源规划，这种规划可以理解为综合资源规划。在未来我国“十三五”能源规划中应进一步重视需求响应资源，只有在规划层面重视这种资源才有可能形成需求响应资源，并参与到实际的系统运行，从而更好地应对双侧随机波动。
二是运行方面。当前的电力系统控制逻辑不适应双侧随机性系统，电力系统需要改变其运行控制逻辑以应对双侧随机性变革。未来的系统运行需要电源、电网、用户之间协调互动，将需求响应资源等同于供应侧资源参与到电力系统的运行控制和调度中来，通过双向响应来应对系统的双侧随机波动，即在考虑电源结构、负荷特性、时间尺度等因素的情况下，供应侧资源不仅要响应需求侧负荷变化，同时需求侧资源也要有能力响应供应侧的出力波动。现阶段，电力系统运行控制技术还难以实现上述的控制逻辑，未来电力系统的发展应当依托能源互联网、智能电网等先进技术，实现电源与电网、电网与用户、电源与用户之间的资源优化配置，更好地保障双侧随机性系统的安全稳定运行。
三是机制方面。应对双侧随机性变革需要需求侧资源参与电力系统运行。实现这一目标不仅需要技术上的突破，还需要体制机制的合理安排。目前，现有的电力管理体制在激励需求侧资源参与系统运行方面还有待完善。而作为连接供应侧和需求侧的枢纽，电网企业在整个电力系统的资源优化配置方面起着关键作用，电网企业的真正优势是基于综合资源规划的理念将供应侧和需求侧资源进行最优组合，开展“大节能”的工作，即站在整个系统的角度，在需要供应侧时投资供应侧资源，在需要需求侧响应时，投资需求侧资源。做到这一点的前提是电网企业回归公用事业，只有作为公用事业，电网企业才有动力开展“大节能”的工作。然而，现有机制对电网企业的考核过度重视经济性指标，而且相应的节能减排等公用任务指标与经济性指标本质上是存在一定矛盾的，导致了电网企业需要像营利性商业企业一样追求售电量和利润，在节能减排工作上缺乏积极性。因此，应对双侧随机性系统变革需要在体制层面上对电网企业重新定位，使其回归公用事业，基于综合资源规划的理念开展系统性“大节能”的工作。
