南方区域新型电力系统运行挑战与储能应用思考报告

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。 Intellectual Property Rights Statement This document is the property of and contains proprietary information owned by CsG and/or itsrelated proprietor: You agree to treat this document in strict accordance with the terms andconditions of the agreement under which it was provided to you. No disclosure or copy of thisdocument is permitted without the prior written permission of CSG. 汇报提纲 南方区域新型电力系统的运行挑战 汇报提纲 主要挑战1：仿真建模的点多面广 主要挑战2：电力电量的平衡调节 主要挑战3：电力电子化风险防控 总体应对思路：以储能和人工智能应用为例 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 规划建设新型能源体系和新型电力系统是党和国家为实现能源安全而作出的重大战略部署 》新型电力系统的基本特征：清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能 到2035年，要实现非化石能源消费比重达到30%，风电和太阳能发电总装机容量达到2020年的6倍以上、力争达到36亿千瓦，中国至经济范围温室气体净排放量比峰值下降7%-10% 一2025年9月25日，习近平总书记在联合国气候变化峰会上的致辞 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 为了应对气候变化，清洁低碳是全球能源转型发展的必然趋势，各国能源结构深刻变革 >根据国际能源署（IEA）研究报告，预测到2030年全球可再生能源将增长至95-115亿千瓦，世界主要国家新能源均快速增长并逐步占据主导地位（2030全球风光发电量占比约27%），这种电源结构的根本性转变，将导致电网运行进入经验上的“无人区”、技术上的“深水区” 我国能源发展仍面临需求压力巨大应对这些挑战，出路就是大力发展新能源。 电网企业的责任重大，因为95%的新能源需要通过电力系统实现终端利用。 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 南方区域的新能源建设快速发展情况 截至目前，南方区域新能源总装机规模已超2.8亿千瓦，占总电源装机比重突破40%，装机与发电量分别为2020年的5倍和3倍，新能源已是南方区域内第一大电源和新增装机、新增电量“双主体” 2026年4月9日，南方区域新能源电力、电量均创历史新高，最大发电出力首次突破1亿千瓦大关，单日发电量达14亿千瓦时，占当日总发电量的30% 一、新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 南方区域新能源比例持续升高之后，在调度运行实践中已经暴露出诸多问题与矛盾 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 主要挑战1：点多面广的电力电子化设备的仿真建模范围与精度 建模范围要求变广：新能源随机性、波动性导致系统运行方式千变万化且难以概括，大规模新能源及其复杂控制使系统数学模型阶数、电网仿真节点规模数十倍增长，在电网规划、市场调度和运行控制中如何全面、精准、快速辨识风险成为重大难题和挑战 一新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 主要挑战1：点多面广的电力电子化设备的仿真建模范围与精度 建模精度要求变高：变流器并网设备厂家封装的黑盒模型不可控、无标准、难迁移、难维护、计算慢；白盒模型不准确、不考核、不利于当前生态下厂家知识产权保护，两者间也缺乏规范转换渠道 一一行业因此陷于两难境地，模型问题成为制约新型电力系统安全稳定风险防控的关键基础性障碍 励磁调速控制逻辑清晰，历经数十年发展已实现标准化，建模清晰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，开放程度较低 数学模型阶数数十倍级增长 新型电力系统安全稳定分析与控制的颗粒度究竟应该如何？集群？场站？集电线？功率单元？ 新能源模型的标准化、透明化程度低 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 主要挑战2：不同时间尺度的电力电量平衡难度加大，各类型灵活调节性资源短缺 新能源出力波动大、系统平衡难度不断加剧：系统因调节能力不足导致日内“弃电”与“缺电”并存，午间光伏大发时调节能力不足导致弃电，晚高峰支撑性电源不足引发电力缺口 互联区域间新能源富裕同时率现象显著：主要在午间光伏大发时段，多个分区同时出现新能源富裕的现象（同时率在70%以上），难以依靠分区间相互支援解决新能源消纳问题 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 主要挑战3：电力电子化程度越来越高，大面积脱网及停电风险呈多元化趋势 近十年来，全球频繁出现大停电事故，其中70%与新能源/电力电子化相关，暴露出新型电力系统还存在着没有被认识的理论与实践问题；激发这种大停电的深层次原因仍值得深入分析 2025年4月28日西葡大停电：西班牙可再生能源占比达67%（风电30%、光伏25%），配套储能和灵活电源建设滞后，储能容量仅2.1GWh（占电力需求0.3%），电网支撑力明显不足。暴露出因新能源模型不准确、涉网性能差所导致的系统失稳，振荡、电压和频率稳定问题深度耦合，难以机理揭示 ·我国新能源装机占全球比例已超40%，超过美欧总和，高比例电力电子化带来的安全稳定问题需高度关注 新型电力系统安全稳定运行面临的挑战 主要挑战3：电力电子化程度越来越高，天面积脱网及停电风险呈多元化趋势 新能源通过电力电子设备并网具有低惯量、弱抗扰性等特征，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、穿越能力等而脱网的事件时有发生 2025年8月6日，南方沿海地区某500kV线路发生AB相间故障跳闸（雷击），导致该片区5个海风场、140台风机脱网共涉及8种型号。主要原因包括三大类： ①UPS故障（95台，68%)控制策略参数问题(33台：②24%)?其他设备硬件故障（12台，8%) 汇报提纲 南方区域新型电力系统的运行挑战 汇报提纲 总体应对思路：以储能和人工智能应用为例 思想转变：重新定位 平衡调节：储能运用 稳定分析：AI+赋能 二、总体应对思路：以储能和人工智能应用为例 破解新型电力系统运行难题需要在根本上转变思想 思想转变1：全面完整看待新能源价值，破除“垃圾电”观念 2021-2022年，动力煤价格变化剧烈。疫情之后复工复产导致电力需求增长、极端气候影响、国内煤矿产量下降以及运输受阻，煤价一路攀升冲击历史高点（煤超疯：现货全年振幅高达338%）；俄乌战争进一步导致能源供应失衡，煤价更是持续一年多的高位震荡 2026年2月底，美以伊战争爆发后2个月的时间，对油气价格影响，像过山车（油疯狂：150美元) 二、总体应对思路：以储能和人工智能应用为例 破解新型电力系统运行难题需要在根本上转变思想 思想转变1：全面完整看待新能源价值，破除“垃圾电”观念 根据国际在线及美国能源信息署（EIA）数据，霍尔木兹海峡运输的石油约占全球石油海运贸易总量的20%至25%，从而就影响油价翻倍。由此类推，新能源20%电量可能会影响电价变化50%-100% 如果电价导致成本增加50%以后，现有的AI大模型训练、数据中心、新能源汽车等新兴战略产业还会不会形成目前的发展优势呢？重新理解2035年风光达到36亿千瓦的战略目标的重大意义所在 二、总体应对思路：以储能和人工智能应用为例 破解新型电力系统运行难题需要在根本上转变思想 问题假设：新能源电量占比主导后，能力上具备主导支撑？新型电力系统最需要的是什么样的“米”？米：最需要可灵活调节性能的“米”，如各时间尺度上的储能资源，以及需求侧灵活调节资源新型储能的源荷双重特性与新能源的三性特征是天然的绝配。尽管我国新型储能的产业规模已居世界前列，但是“大而不强”的特征较为突出；未来一定是在新能源基地、大电网安全、负荷中心供电等场景中，在主配微三级电网上发挥刚性支撑、柔性调节、弹性互济的关键性支撑作用 二、总体应对思路：以储能和人工智能应用为例 破解新型电力系统运行难题需要在根本上转变思想 思想转变2：巧妇难为无米之炊，需高筑墙，广积粮 问题假设：从规划上有粮了，物质基础有了，接下来就是调度运行如何玩转？我们现在是不是巧妇？巧：继续依赖现在的手搓方式、手搓定值等计算方法，场景上利用几个有限典型场景来包打天下的思路，这些只能是笨方法，肯定是跟不上时代的潮流；巧必须建立在AI技术、在线控制等技术基础上需要拥抱AI，AI已从效率工具跃升为生存条件了，不断积累实际数据，大模型训练并尝试使用 AI在南方电网负荷预测效果：由人工97.2%→AI98.4%，一年中300多天AI超过人工，且效率是人工的10倍（含15年历史数据和实时增量数据，超300TB，数据重复率<0.01%） 汇报提纲 南方区域新型电力系统的运行挑战 汇报提纲 总体应对思路：以储能和人工智能应用为例 思想转变：重新定位 平衡调节：储能运用 稳定分析：AI+赋能 二、总体应对思路：以储能和人工智能应用为例 广义储能概念与新型储能的本质 传统电源和新能源：在能量获取的源头都存在一定程度的“三性”，都需要储能把能量获取和使用环节解耦开，从而获得能流供给的可控性。不同的是，风光新能源缺乏像传统水火电在一次能源侧的储能环节，为了维持同等水平的能流可控性，必须在电力系统内部补充储能环节 二、总体应对思路：以储能和人工智能应用为例 广义储能概念与新型储能的本质 新型储能的本质能力：通过结合独立于地理属性的储能介质和全控型并网变流器，可在几乎所有关心的时间尺度上，提供电网任意指定节点对地并联支路的状态可控性，也可以说，新型储能是全时间尺度全控型并联设备 二、总体应对思路：以储能和人工智能应用为例 储能通用赋能要素1：规模化新型储能提升系统调节能力 新型电力系统中由于源荷失配导致的系统平衡问题，对多空间维度（覆盖跨区域、主配微）、多时间维度（覆盖中长期、短期）、多功能维度（覆盖电量保障、电力供应、功率波动平抑）上的系统灵活调节能力均提出了更高的要求新型储能可以模块化、快速地部署于源网荷、主配微各侧，且电力电子设备并网的响应速度远高于传统同步机组，成为新型电力系统调节能力的主力资源（替代新能源不能胜任的角色） 二、总体应对思路：以储能和人工智能应用为例 诸能通用赋能要素2：新型诸能主动支撑系统安全稳定 新型储能具备构网控制能力，具有控制灵活、动态响应快速的优势，提高新能源接入弱电网的电压频率等稳定支撑能力，提升新能源大基地的安全稳定送电能力 通过市场构建储能多元融合发展的新产业、新业态、新模式，真正发挥对电网的主动支撑作用 二、总体应对思路：以储能和人工智能应用为例 诸能通用赋能要素3：新型储能高度融入三道防线体系 新型电力系统稳定特性日趋复杂，传统安全稳定三道防线的适应性面临挑战，表现为冲突无解、不足失效和代价过大的风险新型储能能引入新型快速控制资源推动三道防线升级，实现故障失稳的快速阻断，避免连锁故障扩散 二、总体应对思路：以储能和人工智能应用为例 储能通用赋能要素4：新型储能等电力电子化涉网设备标准化透明化 两个友好：新型电力系统源网协同有“并网服务友好型电网”和“系统支撑友好型设备”两层含义，即两个友好。两个友好下的“多赢”新共识是推进涉网控制标准化工作的关键 两个互补：涉网技术交互的主体主要为设备厂家和调度机构，当前设备厂家懂设备但不够懂电网调度机构懂电网但不够懂设备，需各