1 .?“道”的電力系統規劃方法探索
“道”是規律。世界萬物都有其發展規律,電力系統也不例外。在“道”的層面開展的電力系統規劃是戰略研究的一部分,具體而言應該是對電力系統演化及生命周期的一種科學探索。在現有的規劃體系中,這并不是規劃的構成部分。雖然現在電力系統界也有很多研究面向未來,但更多的是研究其可能的形態,并沒有上升到具有普適性規律的層面。
在現有“術”層次規劃方法失效的情況下,規劃者需要 “站在未來看現在”,知道未來的演變目標和現在所處的“生命”期,確定“術”層次的規劃目標。
對未來的電力系統演化及生命周期的探索,不能靠經驗主義和推測,而是更多交叉科學的應用,包括自然科學、經濟學、社會學和哲學等等,如圖2所示。
![]()
圖2 ?對應“道”的電力系統規劃方法
以文獻[3]提出的“遞弱代償”原理為例,該原理指出“愈原始愈簡單的物類其存在度愈高,愈后衍愈復雜的物類其存在度愈低,并且存在度呈一個遞減趨勢。隨著存在度的遞減,后衍物種為了保證自身能夠穩定衍存,就會相應地增加和發展自己續存的能力及結構屬性?!逼渲?,存在度的衡量方法有3項硬指標:在宇宙中的空間質量;在宇宙中的時間分布;存在狀態穩定性。以這個原則審視我們的電力系統,交流電力系統存在的空間質量最大、時間分布最長、狀態最穩定。隨著電力系統的發展,系統越來越復雜,其狀態也可能由穩定趨向于不穩定,但為了維持其穩定,就需要通過各種技術手段來加強,譬如采用具有快速勵磁的發電機組來改善系統的暫態穩定性,導致了動態穩定問題的發生,然后就采用了PSS裝置來改善這一問題;雖然特高壓直流解決了大容量遠距離輸送的需求,但為了保障其容量效益的充分發揮,需要采用一些輔助設施和手段。
所以,電力系統也有其發展的客觀規律,而且與“生命體”一樣,有著類似生、長、盛、衰、老、亡的生命周期。將電力系統視作為一個可觀測、可預測的“生命體”,通過演化規律和路徑的研究探索其未來,是一種高層次的戰略規劃,也是“道”層次的規劃內容。
2. ?“道”的電力系統規劃方法實踐探索
“道”層次規劃目標是獲得電力系統所處階段、問題和對策,既需要借鑒以往的經驗,又需要普適性規律的應用探索。圖3是對電力系統發展過程的一種粗略的總結示意圖,自從交流電力系統誕生以來,電力系統在發展過程中,每一個階段都會出現一種主導風險,有時是幾種風險的疊加。譬如一開始因為電網過于弱小,功角穩定問題十分突出,隨著大機組的出現,“大機小網”問題又使得系統頻率穩定風險很大,繼續擴大電網后,曾一度出現了動態穩定問題,當電網發展壯大到一定程度后,靜態安全問題又成為主要安全約束,當現有電網進入較為成熟期后,隨著直流規模的增加,電壓穩定問題又成為主導。
![]()
圖3 ?電力系統及其安全穩定水平演化示意圖
從過去的發展經驗來看,交流電網不斷擴張和升級是解決過去遇到的幾乎所有風險的有效手段,所以,過去的電力系統規劃都是電網擴張型規劃。從電力系統發展的趨勢來判斷,未來的主要影響因素是新能源發電占比的不斷提升,常規電源“空心化”將導致系統短路電流容量下降,對常規直流的支撐水平下降,另外系統的頻率問題也逐漸突出并進入不可接受的范圍。如果采用以往電網擴張型的規劃思路,則既不能有效增加系統短路容量,還增加了直流間的相互影響,電壓穩定性可能進一步惡化,另外,由于普遍采用電力電子設備,電力電子的快速響應和慣性系統運動過程交互影響,產生了一些原來未曾發現的振蕩問題。與電力系統其他發展階段類似,電力系統的安全穩定出現質變,安全穩定水平也將在達到頂峰后下降。為了能夠維持系統的發展和運行,需要通過電力系統的技術革新,重新提升電力系統安全穩定水平,這就是典型的“代償”特性體現。至于什么時候出現這樣的拐點,則需要利用其他交叉科學,進行深入研究。
? ? ? ?技術革新將替代系統擴張而成為未來電力系統規劃的主要目標和內容,假設這種可能性已經被證明(“道”層次規劃的范疇),現有的“術”的規劃將會有的放矢。