新型电力系统平衡机理及演进过程研究
许涛，王国春，董昱，王超，李增辉
(国家电网有限公司)
1、研究背景
新型电力系统的本质特征就是以新能源为主体。新型电力系统构建过程中，新能源渗透率的不断增长推动电源结构和平衡模式持续发生深刻变化，运行中许多新现象(如图1)、新矛盾不断涌现，主要表现为电力保供风险增加、保供与消纳统筹难度增大、频率和电压控制更加困难等。为应对新挑战，服务国家新型能源体系构建和新能源高质量发展，亟需开展新型电力系统平衡机理研究。
图1 某电网近4年平均日等效负荷曲线
从平均日等效负荷曲线来看，2024年午间等效负荷已全面低于凌晨，新型电力系统平衡元年已经到来。
2、论文所解决的问题及意义
对于新型电力系统的一些具体平衡问题，以及发展趋势的定性研判学界正在积极开展研究，但尚未从电力电量平衡的基础数学原理和大电网运行实践出发，成体系地提出一整套平衡理论，难以总体、系统、量化揭示新型电力系统平衡的本质规律和内在发展动力。
基于此，本文立足大电网运行实践，开展新型电力系统平衡机理及演进过程研究，旨在阐释系统发展过程中新能源渗透率、新能源利用率、系统调节能力等各要素间的关联关系，揭示推动新型电力系统平衡演进的主要矛盾和发展动力，明确当前所处发展阶段，研判未来发展方向，以期在宏观发展战略和方法论层面指引新型电力系统建设方向。
3、论文重点内容
构建新型电力系统平衡基本方程，开展新型电力系统平衡机理研究。基于大电网运行实践，构建新型电力系统平衡基本方程，并结合负荷、新能源发展规律开展数学推导，研究提出新型电力系统平衡五个机理(如图2)：1）保供与转型的统筹；2）高质量转型的两个主要途径；3）量与率的统筹；4）转型的两个关键指标；5）地区发展差异。
图2 新型电力系统平衡机理
揭示新型电力系统平衡本质规律，研判新型电力系统发展建设方向。1）提出新型电力系统平衡演进的本质规律是：不断增长的调节需求与有限的系统调节能力之间的矛盾。2）以调节需求和调节能力的对比发展关系为主线，提出新型电力系统平衡演进过程存在两个关键节点(质变点、临界点)，对应三个发展阶段(传统平衡阶段、平衡转型阶段、新型平衡阶段)，如图3、4。
图3 新型电力系统平衡演进过程
图4 新型电力系统平衡自然演变方向、主动建设方向
4、结论
1）新型电力系统平衡演进过程中，新能源渗透率、新能源弃电率、系统调节能力、新能源结构等要素相互关联、彼此影响。系统调节能力、新能源结构一定时，弃电率将随渗透率增长而增长，这是客观物理规律；要提高新能源渗透率极限，就要提高系统调节能力或优化调整新能源结构。
2）新型电力系统平衡演进的本质规律是：不断增长的调节需求和有限的调节能力之间的矛盾。这对矛盾关系的对比演化过程将对新能源渗透率、弃电率、平衡安全约束等关键指标产生深刻影响，推动形成新型电力系统平衡演进过程的两个关键节点和三个主要阶段。
3）新型电力系统的发展方向由其自然演变方向和系统主动建设方向两方面构成。在其自然演变方向基础上，加强调节能力建设、降低等效负荷峰谷差率，努力构建新型电力平衡体系是推动新型电力系统高质量发展、更好服务国家“双碳”战略的必由路径。
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