新型电力系统安全稳定运行挑战与实践

知识产权声明 本文件的知识产权属南方电网公司所有。对本文件的使用及处置应严格遵循南方电网公司有关规定或获取本文件的合同及约定的条件和要求。未经南方电网公司事先书面同意，不得对外披露、复制。 IntellectualPropertyRightsStatement This document is the property of and contains proprietary information owned by CSG and/or itsrelated proprietor: You agree to trear this doeument in strict accordance with the terms andconditions of the agreement under which it was provided to you. No disclosure or copy of thisdocument is permitredwithouit the prior written permission of CSG 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 绿色低碳转型是时代潮流。我国在“双碳”目标下，正在加快规划建设新型能源体系、构建新型电力系统。实现“双碳”目标，能源是主战场、电力是主力军， 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 截至9月底，全国累计发电装机容量近37.2亿千瓦，其中，太阳能发电装机容量约11.3亿千瓦，同比增长45.7%；风电装机容量约5.8亿千瓦，同比增长21.3%。 南方电网今年1-9月，新能源新增投产6574万千瓦，新能源装机近2.6亿千瓦，占比约41%，装机与发电量分别为2020年的5倍和3倍，新能源是网内第一大电源和新增装机、新增电量“双主体” 2019-至今南网新能源装机变化及同比（万千瓦）年均增长32.7% 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 新能源装机方面，风电装机6985万千瓦、集中式光伏1.05亿千瓦、中压分布式光伏1732万千瓦、低压分布式光伏5555万千瓦，新型储能装机1558万千瓦。 全网新能源最大电力渗透率超过56%，海南、云南电网新能源渗透率最高达到75%、69%，2025年春节期间全网新能源最大电力渗透率出现在1月29日，达到51.8%。其中广东最大达到56.8%（1月29日）；广西最大达到60.8%（1月29日）；云南最大达到63.1%（2月2日）；贵州最大达到53.0%（1月29日）；海南最大达到62.4%（2月1日）。 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 近年来国外新能源高占比电网发生多起影响较大的停电事件（如巴西“8.15”事件、英国“8.9”事件、澳大利亚“9.28”事件等），我国新能源装机占全球新能源装机比例已超40%，超过美欧总和，新型电力系统的安全稳定问题需要高度关注。 2025年2.9*所里兰卡大停电 2025年~4.28”西满大停电 新能源故障穿越特性差引发连锁反应 今年4月28日，西班牙、黄萄牙两国发生的大西积停电，是全球首例新能函高渗透率下过电压连锁反应导致电网萌溃的事故事故晕露出新能源高港透事下电网据荡风险高、电压调节能力不足、转动惯量较低、新能源涉网能力不满足要求、第三道防线不适空等问题 一国500kV线路保护误动群网，近区新能源机组留态无功支撑能力未达到要求，引起近区电压突降：近区另一回500kV线路跳闸，失步作，电网解列为三部分；电网高频切机、低频减载动作引起大两！积负荷摄失 .斯里兰卡首帮一座132干伏变电站因动物进入站内误引发短路，导致大量分布式光伏脱网、系统功大停电率失测，造成全国性 2025年“4.23”越南大停电 越南由于新能源大发导致永新-顺离-云峰电源基地送出断面越限，送出线路保护误动作后连锁反应，导致电源基地解列，主网频率下跌并触发任频减载，合计损失负莓577万千瓦（占全国负荷16%） 2023年“1.23”巴基斯坦大停电 巴基斯坦国调解除风电出力的限制（主要位于南部电网），南北交流联络通道逐渐重载并超过稳定极限（最长达1100公里，5回交流，事故的2回停运），系统发生低频报端，并逐渐清变力功角振端，最终导致全国电网崩清 停电事件持续6个多小时，损失负荷约1900万千瓦 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 海量新能源等新型并网主体分散接入，系统抗扰能力弱化，稳定特性复杂交织，维持系统安全稳定的物理基础被削弱，传统安全稳定分析、控制的范式与装备难以适应广域多类型海量资源接入，新型电力系统安全稳定运行面临巨大挑战。 新型电力系统安全稳定分析与控制的颗粒度究竞应该如何？集群？场站？集电线？功率单元？ 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 新能源通过电力电子设备并网具有低惯量、弱抗扰性特征，所能提供的动态无功支撑能力弱，且新能源一般接入中低压电网，与主网电气距离较远，随着新能源占比提高，系统动态无功储备、短路容量及支撑能力下降，系统故障期间因自身故障穿越能力不足而脱网的事件时有发生。 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 新能源建模仿真复杂 电力电子设备型号众多，并网特性与并网点强度密切相关，需结合实际设备型号、参数与实际并网点特性，开展仿真或检测，方能实现高质量并网。 新能源行业驱待改进提升的部分情况 ，《两个细则》要求场站并网后6个月内完成建模检测工作，国标表述为“全客量并网后6个月内”，因此，存在倾向性、选择性解读“两个细则”考核金额力度驱动不强，未完成的场站每月考核电量极其有限·存量新能源场站检测建模有待解决·检测单位良劳不齐，基至出现造假等恶劣行为。 磁调速控制逻辑清晰，历经数十年发展已实现标准化，建模清断可控新能源逆变器控制环节复杂，是众多逆变器厂家核心技术，开故程度软低 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 受新能源控制策略复杂、接入位置广域、发电渗透率多变等影响，新能源并网暂态特性多样，与传统同步电源耦合机制复杂，稳定问题相互交织，故障后连锁反应特性复杂。 送端云南与主网异步互联，低惯量导致题率稳定问题进一步凸显；水风光互补送出场景下，送出通道故障后的暂态稳定问题必领考虑新能源动态的影响； 受端电压稳定问题与短路电流超标问题矛盾交织，为解决电能替代、负荷密集地区的电压稳定问题，需要增加动态无功支撑、加强厂站间联系；而为解决短路电流又需被追停运线路、增加串抗、增大厂站之间电气距离电压稳定、转子角稳定3类基础上，新增 IEEE/CIGRE于2020年发布报告，电网安全稳定问题在传统频率稳定、变流器驱动稳定、谐振稳定。 谐振稳定 部分场景下南方电网新能源多场站短路比低，云南春节方式90%新能源并网点短路比低于2，电压支撑能力不足，存在宽须谐振风险。 (Resonance Stability) 2023年9月12日，广东500kV某海风场陷上站调试期间，500kV号线电压、SVG换流费中电客电压均密联明显量%，报满频率约15Hz，氧满编值通渐增大，最终电客电压达到试压保护定跳用。 2023年8月15日，云南某地区一日110kV线路群泽，鲁白投动作将约10MW负费例由220kV菜光伏电站片区供电，导致逆安器反复进出低电压，累计享端33次，造成请光伏电站有功率第，新幅130MW，报荡锁率0.63H2（国有操离模功在0~220MW之间反爱波动，引起云南某主力电厂对主网式，持续73秒您部分新除源朋网，报请平息， 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 负荷侧特性复杂，分布式新能源的快速发展，低压配电网潮流双向互动，部分地区广泛采用变频等电力电子技术，在（常规）电源空心化、动态无功支撑能力不足的背景下，故障后电压恢复缓慢，容易引发大面积低压脱扣问题。2023年广东某地“7·16”事件，因雷击电压暂降导致负荷脱扣147.4万千瓦。 2023年7月16日00时24分，受雷击影响，500kV水焕甲线BC相问桥接短路，保护装置和开关设备正确动作，44ms后切除故障。事故引起地区500kV、220kV母线电压不同程度暂降，导致供区域负荷脱扣1474MW。 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 传统电力系统安全稳定分析校核工作以人力机械式、重复性智力活动为主，难以适应多维不确定运行环境，新型电力系统新特征下分析校核方法及工具的系统化、规范化、自动化程度较低，能够模拟安全稳定控制逻辑及动作的时域基础分析模型缺乏，已成为限制新型电力系统安全稳定控制策略在系统性、准确性、可靠性、适应性等方面提升的瓶颈。 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 目前国内外稳定控制系统采用的是“离线计算”的工作模式，由于离线计算考虑的运行方式和预想故障有限，存在故障控制策略与实时运行方式不匹配的风险；对于稳控策略及装置定值的适应性、装置异常的响应及调整，以离线人工校核计算和现场调整为主，存在调控代价过大，甚至极端情况下稳控防线失配的风险。 载止到2024年底，南方电网共有近120个安全稳定控制系统，1906套稳控装置，各稳控系统包括稳控主站、子站、信息站以及执行站等若干稳控装置，稳控装置之间通过通信设备联络，实现南方主网、省区电网及地区电网的系统安全稳定控制。 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 传统稳控系统的体系架构沿袭已久，灵活适应能力不足，存在控制系统架构固化、研发制造周期长等问题。近年来，曾发生多次因稳控系统架构固化影响高比例清洁能源消纳和系统可靠运行的事件，迫切需要从实际装置和系统架构层面开展数字化及标准化转型提升，研制新型安全稳定控制装置及系统，全方位适应新型电力系统新能源装机高占比条件下安全稳定运行控制需要。 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 新型电力系统电源侧气象驱动特征复杂，异常气象危害显著加大。新能源占比逐渐提升，台风、凝冻等大时空气象灾害导致大范围新能源出力异常波动，波动范围和程度辨识涉及气象预测等跨学科，准确辨识困难。同时，极端气候超电力系统设防标准，可能导致电力供给、输送受到严重影响，引发严重功率缺口甚至大面积停电。 2021年1月，持续低温凝冻天气导致新能源受限：责州省内4980MW风电全部受限，受限占比近100%；广西北部桂林、贺州风电受限占比约30%；云南省内晚高峰期间风电受限4200MW，受限占比约50% 2024年9月受气象记录以来秋季登陆我国的最强台风“摩羯”影响，海南等地220kV及以上、110kV线路分别停运53条、119条；220kV、110kV厂站分别失压7座、65座；全网累计损失负荷918MW，220kV及以上交流系统故障243次。共89座新能源场站受损（60座光伏、29座风电），受损容量累计289.87万千瓦。 二、南方电网安全稳定控制体系探素与实践 我国电力系统安全稳定控制体系根据《电力系统安全稳定导则》与《电力系统安全稳定控制技术导则》等标准规范而构建，主要包括：建设坚强的电力系统，安排合理的系统运行方式，构建可抵御各类扰动的三道防线，确保电力系统安全稳定运行。面对新形势，2023年国家印发《关于加强新形势下电力系统稳定工作的指导意见》（发改能源[2023]1294）为新型电力系统安全稳定工作指明了方向。 二、南方电网安全稳定控制体系探索与实践 （1）持续优化网架结构 科学合理的网架结构是电网安全稳定运行的基础。南方电网依托西电东送持续升级、优化主网架，自1993年开始，由天生桥二级水电站送出工程起步，历经交直流并联、云南异步联网、广东目标网架等阶段，逐渐发展至“八交十一直”西电东送大通道和坚强的受端网络。“十五五”跨省区规划主网架实施后，南方电网西电东送将形成“八交十七直”主网架格局，输电容量由5800万千瓦提升到1.1亿千瓦。 广东目标网架：有效降低珠三角强耦合电网带来的交直流相互影响、大面积停电等风险。 云南异步联网：有效防控“强直弱交”电网带来的系统功角失稳、大面积停电等全局性重大风险，大幅简化了系统安全稳定控制策略。 二、南方电网安全稳定控制体系探索与实践 （