<tr id="vhtpr"><code id="vhtpr"></code></tr>

    <ins id="vhtpr"></ins>
      <output id="vhtpr"><nobr id="vhtpr"></nobr></output><output id="vhtpr"></output>

      <menuitem id="vhtpr"></menuitem>

      <tr id="vhtpr"></tr>
        <tr id="vhtpr"><nobr id="vhtpr"><delect id="vhtpr"></delect></nobr></tr>
        <kbd id="vhtpr"><video id="vhtpr"></video></kbd>
      1. 北京物流信息聯盟

        【爭鳴與探索】中國電科院周勤勇:基于“道、法、術”思想的電力系統規劃體系探討

        2022-06-19 11:54:10

        摘要

        處于能源變革時期的電力系統需要建立科學合理的規劃體系?;谖覈鴤鹘y電力系統規劃現狀和面臨的新形勢,分析并提出了原有規劃體系和方法的不適應性。分析了“道、法、術”思想體系的來源和應用,并提出了電力系統“道、法、術”規劃體系及其相互關系。針對現有電力系統規劃不以系統擴張為主要解決手段的規劃本質,提出了以探索電力系統演化規律為主要內容的“道”的規劃內容,以打破傳統環節流程、建立適應新規劃方法要求的規劃規則和技術導則為主旨的“法”的規劃內容,以及互聯網思維指導下的術”層次的電網規劃新方法。

        引言

        我國電力系統規劃一般分為發電、輸電、配電和用電等環節,各環節規劃面臨的挑戰如圖1所示。

        圖1 ?電力系統規劃各環節及面臨的挑戰

        在發電環節,由于新能源出力具有隨機性、間歇性特點,突破了生產模擬方法中電源出力可控的原則,我國大規模新能源集中開發的現實更是放大了這種特性,通過電力電量平衡確定電源規劃變得越來越難。

        在輸電網環節,一方面是走廊、站址等資源稀缺,電網發展的空間有限;另一方面,僅靠電網的擴張不能完全解決新能源發展帶來的諸多問題,譬如新能源逐漸替代常規電源后,系統短路容量下降、對直流支撐不足、頻率穩定問題凸顯,原來一直以電網擴張為目標的規劃方法就會逐漸失效。

        在配電網環節,隨著微電網和區域綜合能源網絡的出現,原來的確定性規劃的基礎條件逐漸模糊,在不確定規劃下開展的規劃可能出現過于保守的結果。

        在用電環節,用電側智能化需求突出,需求響應等技術的應用使得負荷與電網、電源出現雙向互動,負荷特性發生較大變化,加之負荷節點側微電網和綜合能源網絡的出現,原來偏重于宏觀的負荷預測方法的準確度急劇下降。

        綜上所述,原來在電力系統各環節已經成熟的規劃方法面臨電力系統轉型的挑戰,出現了逐漸失效和準確性下降等問題。因此,需要更好、更新、更適用的規劃方法和技術,由于發、輸、配、用各環節之間界限越來越模糊,而且未來的互動性更強,因此僅在各環節的原有方法基礎上討論,局限性很明顯,未來電力系統規劃應該有更好的規劃體系。

        一、“道、法、術”基本概念及體系

        “道、法、術”是我國學者對我國古代哲學思想的一種體系歸納和提煉,也是一種方法論[1]。

        “道”最早起源于《道德經》,是規律,是一種客觀存在。如日升日落,春夏秋冬,盛極必衰,物極必反等。

        在《道德經》的注疏中[2],有“以道御術”一說,研究者對于“術”的理解比較統一,指具體可執行的操作方法。

        “法”可尋源我國古代法家著作,一般指法律、法則,在具體應用中主要指法則。

        “道、法、術”體系中,“道”為最高層面,“法”居中,“術”為基礎。具體應用,“術”為執行層面,是面向單一對象的處理方法;“法”為約束規則層面,面向同類型事物的規約,“術”要符合“法”;“道”則為升華成果,其成果的反向應用則不局限于同一類事物,具有廣闊的擴展外延?!靶g”、“法”、“道”層層遞進?!暗?、法、術”作為一種指導思想和方法論,具有規律、法則和執行方法3個清晰的層次關系,適用于行業戰略、規劃體系的建設。目前,在商業、管理等領域得到了應用。

        上述電力系統各環節的規劃方法屬于“術”層面的規劃方法,要對“術”層面的規劃方法進行革新,需要有更高層次的“道”的指導,即所謂的“以道御術”?!耙缘烙g”的途徑是“法”,“法”既是兩者的橋梁,又是“術”的歸納和提煉。

        二、“道”:電力系統演化規律研究

        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。

        三、“法”:電力系統規劃遵循法則

        從“以道御術”的基本設定來看,“道”和“術”兩層規劃體系從目標、方向到具體執行方法構成了一個完整的規劃路徑。但是,電力系統規劃工作是一個長期并且周而復始的工作,經驗、原則、邊界的固化和復制可以大幅提升工作效率,并且可以保障與電力系統后續建設、調試、運行等階段的有效銜接,這就是“法”。

        現有電力系統規劃遵循的“法”有如下2類:

        1)程序之“法”。規定了電力系統規劃的流程和研究深度。目前來看,除了國家電網公司2009年頒布的《國家電網公司規劃設計內容深度規定》(Q/GDW 268-2009)外,沒有其他正式頒布的規范。但在電力系統規劃行業內,有約定成俗的基本流程,包括負荷預測、電力電量平衡、電源規劃、電網規劃、電氣計算等流程。在過去的規劃中,由于電源規劃主要依據負荷水平和負荷特性確定,因此不依賴于電網規劃,但隨著新能源容量和負荷不確定性的增加,源網荷(輸電網和配電網)一體規劃的需求越來越突出,原來各流程嚴格的時序性將被打亂。

        2)技術規范之“法”。電力系統是最復雜的人造系統,安全性、穩定性、可靠性需要在規劃階段就有所保障,因此電力系統規劃需要遵循必要的原則,如“N-1”原則、“分層分區”原則等。我國自從1981年頒布《電力系統安全穩定導則》以來,電力系統安全穩定事故大幅度降低,我國電力系統已經成為世界上最安全的電力系統之一。、《電力系統技術導則(試行)》(SD131-84)和《電力系統安全穩定計算技術規范》(DL/T 1234-2013)等一系標準和技術規范。同樣,由于大規模新能源的出現和大容量直流、多直流饋入系統等新事物的出現,原有的一系列技術規范也面臨著重新修訂。

        一般而言,法則、規范應該是在“術”的規劃方法實踐基礎上,對成效進行檢驗后的提煉和總結。面對新形勢,“術”的規劃方法需要創新和檢驗,因此,“法”的建立需要比較漫長的過程。但電力系統規劃也可以參照智能電網和全球能源互聯網的工作方式,在未有全面的示范和驗證之前,開展標準體系的建設工作。


        四、“術”:互聯網思維下的規劃方法

        在“道”的戰略規劃層面,可以預見未來電力系統處于一個拐點和變革區,原有使用于擴張型規劃的諸如經驗規劃法、層次分析法和數學優化算法等規劃方法,都將逐漸失效。而且由于各環節界限逐漸模糊,需要新的思想方法和技術手段進行電力系統規劃。

        傳統電力系統中,分散布局的電源結構通過電網大規?;ヂ?,實現普遍供電,且用戶可以實現直接的“即插即用”,具有典型的開放和共享的互聯網特征[4]。未來,電力系統在源、荷端都會表現出綜合能源的特性,負荷端也不再是被動的,而且能夠具有針對源端新能源處理特性相呼應的響應能力,無處不在的“節點”控制能夠使電網的輸送、分配達到上述目標,這是與未來互聯網特性高度相符的。因此,互聯網思維的電力系統規劃方法可能成為未來規劃的應用方法。

        互聯網思維具有開放、平等、共享、互動、重混等理念,基于此,可以借助這些理念,建立“法”層次的電力系統規劃方法。如圖4所示。

        圖4 ?基于互聯網思維的電力系統規劃方法

        從共享概念出發,類似信息路由器對信息的再傳輸和再分配,建設能源路由器(Energy hub)[5],實現對能源的再分配和再傳輸,可以兼顧不同電壓電壓等級、輸配方式(交直流)而實現能量平衡控制,這是對現有電網節點的一次革命性突破,替代了原有樞紐節點、調度控制系統的部分甚至全部的功能。目前,能源路由器已經基本完成概念設計,并進入實際設備研制階段,最初是在配電網層面實現[6]。

        電力系統并不能夠直接跳躍式的發展,而是逐漸過渡的過程,因此重混的概念將啟發從現實到規劃電網的實現路徑研究。針對目前大規模新能源輸送存在的困境和未來更大規模新能源跨區輸送要求,柔性直流電網成為一種合理的選擇,但現有電網的“存量”資產不可能全部改造,這就涉及2種方式的銜接和過渡,這便是未來電網重混的基本內容。

        互聯網思維的電力系統規劃方法讓從業者以新的思路規劃未來電網,結合社會的宏觀需求與最新科技在行業內的應用趨勢,確定了電力系統作為綜合能源系統的功能定位,未來電網具有信息物理網的形態結構,并能夠與現有電網重混銜接的實現路徑。

        以重混概念下的柔性直流電網為例,需要在規劃中進一步研究設計:不同新能源分布、規模的組織、匯集和接入方式;柔性直流電網的結構、換流站的布點和接入方式;柔性直流電網與受端交流電網的連接方式,等等。


        五、結語

        依據“道、法、術”的體系關系設計出來的規劃體系自然能體現其整體體系和層次關系。以本文所舉方法為例,如果“道”對應的規劃得出結果是電網面臨一個發展的拐點,需要新系統的“代償”來提升電網的安全穩定水平,“術”對應的規劃應該根據出現拐點的這種規律,采用互聯網思維方法設計新一代電力系統,“法”則應該打破原有的思維定勢和各環節的結構界限,制定適用未來規劃的程序法則和技術規范。從我國的電力系統規劃體系建設來看,目前還主要停留在“術”的層次,對“法”的層次也有積極意義的嘗試,而在“道”的層次,則還處于開荒階段。但從三者的關系來看,“道”的層次的規劃結果反而是最重要的,應該作為以后在規劃體系中的重點推進和突破方向。


        參考文獻

        [1] 王孺童.道德經講義[M].北京:中華書局,2013.

        [2] 平心而談.《道德經》小感:用術識道以道御術[EB/OL].[2016].http://www.jianshu.com/p/5010df63b4b8.

        [3] 王東岳.物演通論[M].北京:中信出版社,2015.

        [4] 周孝信.以互聯網思維建設改造傳統電力系統[N].中國電力報:2015-7-10(T01).

        [5] 趙爭鳴,馮高輝,袁立強,張春朋.電能路由器的發展及其關鍵技術[J].中國電機工程學報,2017,37(13):3823-3834.

        [6] 盛萬興,蘭征,段青,等.自儲能型能量路由器研究[J].電網技術,2017,41(2):387-393.

        [7] 盛萬興,段青,梁英,等.面向能源互聯網的靈活配電系統關鍵裝備與組網形態研究[J].中國電機工程學報,2015,35(15):3760-3769. ?

        ?


        周勤勇,博士,2003年6月進入中國電力科學研究院系統所工作。公司規劃計劃專業領軍人才,大電網構建理論及安全策略技術科技攻關團隊、大規模新能源廣域消納電力系統技術科技攻關團隊核心骨干。長期從事電力系統分析、規劃及電網新技術應用研究等工作,參與國家電網“十一五”開始的電網發展規劃并負責安全性研究工作,參與我國第一個超高壓可控電抗器、特高壓串補的系統應用和主參數設計等工作。

        ?電網技術?

        ? ? 值得信賴的電力學術期刊 ? ?


        精品論文|學術前沿|電力資訊

        《電網技術》為國家電網公司主管、主辦,中國電科院出版的電力行業權威中文期刊,長期保持電力行業期刊排行前三位置。,多次榮獲“中國百種杰出學術期刊”、“電力優秀期刊”等榮譽稱號,連續多年被評為“中國精品科技期刊”、“RCCSE中國權威學術期刊”、“中國最具國際影響力學術期刊”。


        微信投稿、報告發布、合作、宣傳等事宜請聯系: pst@epri.sgcc.com.cn

        歡迎留言參與專題技術討論!?

        友情鏈接

        Copyright ? 2023 All Rights Reserved 版權所有 北京物流信息聯盟