新型电力系统风险分析与防控思考

新型电力系统风险分析及防控措施

引言

截至2025年底，中国新能源装机容量已超过18.4亿千瓦，2035年目标为36亿千瓦，以新能源为主体的新型电力系统加速形成。然而，新能源特性带来系统性风险：

1. 出力波动性：风电和光伏出力随机性强，火电出力平滑可控，加剧系统运行不确定性。
2. 转动惯量低：新能源惯量小，削弱系统频率稳定支撑。
3. 故障电压支撑不足：新能源并网设备短路电流受限，系统暂态稳定性变差。
4. 电压支撑能力弱：新能源场站无功控制易协调，易引发电压越限。
5. 设备庞大且分散：新能源场站设备数量多、分布广，运行安全风险增大。

新型电力系统风险分析

电网保护不正确动作风险升高

1. 反应工频量的保护原理存在风险：新能源等效阻抗受控制策略影响，距离保护在出口处故障时可能拒动。
2. 定值配合式保护存在拒动和误动风险：主网运行方式变化及配网复杂拓扑导致保护选择性和灵敏性矛盾。

连锁跳闸风险升高

1. 特高压电网故障风险：特高压线路故障可能引发大范围潮流转移（截至2025年已投运46条，年输送电量超3.7万亿千瓦时）。
2. 常规直流换相失败风险：2021年华东电网7回直流同时换相失败，功率波动超1000万千瓦。
3. 电压异常风险：新能源系统电压支撑能力弱，故障后易引发大规模脱网（2021年西班牙因电压越限致大停电）。
4. 宽频振荡风险：电力电子设备谐波注入及系统谐振频率宽泛，增加宽频振荡风险。

电网紧急控制不适应风险

1. 预案式控制准确性降低：系统运行方式快速变化及电力电子设备特性影响预案有效性。
2. 多控制器动态响应冲突：电力电子设备响应快、特性差异大，导致相角、电压、频率失稳形态交互影响。
3. 分布式电源接入挑战：传统低频、低压切负荷策略难以适应，存在过切、欠切风险。
4. 现有三道防线割裂：现有防线相互独立，更适用于大惯量系统，整体布局待优化。

极端天气影响加剧

1. 台风灾害：超级台风“达维”（2005年）和“山神”（2022年）分别致海南和浙江电网大范围停电。
2. 暴雨灾害：2021年河南郑州暴雨致374万户停电，2023年北京暴雨致超6万户停电。
3. 冰雪灾害：2023年山西冻雨致约1亿用户停电，2008年南方冰灾致电力缺额超1482万千瓦。
4. 新能源受影响：叶片覆冰导致风机停机率90%（湖南等地），冰块脱落损坏设备。
5. 天气跳闸趋势：近三年110kV以上线路受天气影响跳闸比例逐年增长（55%→62%）。

风险防控措施思考

加强继电保护新原理和新模式研究

1. 反应故障暂态全过程：基于频带能量特征的暂态电流差动保护，利用故障后5ms数据区分频率。
2. 场内故障快速定位：通过电气量分布特征识别场内故障，解决定值兼顾选择性和灵敏性的难题。
3. 人工智能故障识别：深度挖掘差异特征，实现失步振荡、宽频振荡等多情况保护闭锁。

做好风险评估和预案

1. 极端天气下设备风险评估：建立台风、暴雨、大风等模型，评估断线、倒塔等风险。
2. 高风险情况预防性控制：针对山火、暴雪等极端灾害，实施“化整为零”的预防性控制。
3. 仿真验证：系统风险高时预防性控制效果更好，风险低时事后控制更优。

加强控制与保护的协同

构建空间多层级、时间全过程、功能全方位的协同防御体系，发挥电力电子设备调节能力。

构建系统安全防御体系

1. 有机统一：系统性、全面性、协同性布局。
2. 风险感知与立体防御：明确分工、有机协同。
3. 集中协调与区域自治：平衡集中管理与区域响应。

总结

新型电力系统因同步惯量小、电源分散化、故障敏感等问题，抗风险能力下降，易发系统性事故。保护与控制设备面临不适应问题，分散设备数量激增导致“本位主义”风险。极端天气频发（沙戈荒、海上风电等受影响），成为威胁系统安全的“灰犀牛”。需强化忧患意识，科学布局安全防控体系：增强设备抗灾强度、系统韧性、保护控制协同性，并做好预防性控制与事后紧急控制。电网自动化、智能化发展要求完善信息系统安全，同时需加强电网自身防御能力。