我國作為世界人口大國和能源消費大國，經濟增長壓力和節能減排壓力巨大。對我國而言，大規模開發利用新能源一方面是應對能源環境危機、轉變經濟發展方式的有效手段；另一方面是搶占未來產業發展制高點、提高國際競爭力的重大舉措。根據國家能源局的統計，截至2015年年底，我國并網風電累計裝機達到1.29億千瓦，同比增長34.2%，占全部發電裝機容量的8.6%；太陽能光伏發電累計并網容量達到4158萬千瓦，同比增長67.3%，約占全球的1/5，超過德國成為世界光伏第一大國。預計到2030年，我國風力發電裝機與太陽能發電裝機均將超過4億千瓦。

隨著風電、太陽能發電等新能源電力的開發利用，接入電網的新能源電力比重日益提高。眾所周知，電力的基本特征是難以大規模儲存，電力的生產與消費必須同步進行。電力系統通過統一的調度指揮，使電力的生產跟隨負荷需求的變化，保證電能的實時供需平衡。當發電側的可調度容量難以達到負荷側需求以及發生可能影響電網安全穩定的情況時，電力調度中心將采取切除用戶負荷等措施，保證電網安全穩定運行。

對于傳統的火電、水電、核電、油/氣發電而言，發電單元一般具有良好的可調度性能。發電機組在一定的容量范圍內可以按照電網調度指令變更發電功率。因此，在發電裝機容量可滿足用戶最大負荷的前提下，整個電力系統是可調可控的。

風電、太陽能發電區別于傳統發電的一個重要特征在于它的隨機波動性。由于產生電力的一次能源來自于自然界空氣的流動與太陽光的輻射，不僅不可儲存，而且受到季節、氣候和時空等的影響，具有很強的隨機波動性和間歇性，因此，對于具有一定裝機容量的新能源發電單元來說，其實際出力首先取決于現時刻的風力、太陽光強度的約束。當風電、太陽能發電規?；尤腚娋W后，電力系統就必須在隨機波動的發電側與隨機波動的負荷側之間實現電力的供需平衡，保持電網的安全穩定。

新能源電力的另外一個重要特征在于它的能量密度低。例如：當風速為3米/秒時，其能量密度為20瓦/平方米左右，而太陽能即使是在天氣晴朗的正午，太陽垂直投射到地球表面的能量密度僅為1000瓦/平方米左右，這樣使得新能源發電設備的單機容量不可能過大。大量的小容量發電機組接入電網，使電力系統受控發電單元呈爆炸性增長趨勢。截至2015年年底，我國火電機組累計裝機99021萬千瓦，單機6兆瓦及以上的火電機組總數約為8300臺；同期，風電機組的裝機總量達到1.29億千瓦，裝機數量卻達到了92981臺，是火電機組數量的11倍還多。按照我國風電裝機2030年將超過4億千瓦的規劃，以目前風電的平均單機裝機容量來計算，到時需要并入電網的風電機組數量將超過28萬臺！

因此，隨著新能源電力的規?；_發和電網中新能源電力比重的增加，傳統電力系統的基本特征與運行控制方式發生根本性變革，催生出新能源電力系統。

新能源電力系統的基本特征

新能源電力系統的基本特征主要體現在以下幾個方面：

一、隨機性

傳統電力系統的隨機性主要在于用電負荷的隨機性。風電、太陽能發電的隨機波動性、間歇性使電力系統必須同時應對來自用電負荷側與發電側的隨機波動性。迄今為止，新能源電力在整個電網中所占比例相對較小，電力系統調度控制把這部分電源的隨機波動性視為負荷側的隨機波動性，依賴傳統發電單元的可控可調性加以平抑。

隨著我國局部區域電網中新能源電力比例的提高，為了保證電網的安全穩定，造成了電網不能全額接納具有隨機波動性的新能源電力。在特定條件下，部分新能源電力不得不被舍棄。隨著風電裝機的快速增加，棄風比例可能還將進一步提高。

二、可控性

從大系統理論出發，電力系統是一個受控設備眾多、地域分布廣闊、運行控制精度要求高、內外部未知擾動多的復雜巨系統。傳統電力系統通過發電單元控制、電網分級調度控制等技術解決了復雜電力系統的運行控制問題。新能源電力的快速發展使電力系統中發電單元數量急劇增長，系統中可調度容量與可調度電量所占比例大幅度降低，系統中的隨機擾動性進一步增強，造成系統可控性降低，控制難度加大。

三、安全性

電力系統的安全性直接關系到國家經濟社會的安全，保障電力的安全可靠供應是電力系統的首要任務。隨著新能源電力設備的急劇增加，再加上這些電力設備地域分布廣、氣候環境惡劣、接入電網電源點分散，與傳統電力系統相比，系統設備發生事故與故障的幾率更高，大大增加了整個電力系統的安全風險。隨著大量電力電子器件的使用以及對網絡信息系統的依賴，也使電力系統的安全風險進一步增加。

四、整體性

傳統電力系統一般劃分為發電、輸配電與供用電三個部分，三者按照生產流程既相互關聯又相對獨立，通過調度中心形成一個有機的整體。隨著新能源電力在電力系統中比重的上升，電源與電網之間、電源與電源之間、電網與負荷之間的關聯性大大增強。比如傳統火電、水電等發電單元具有一次能源可儲、可調度性好的特征，利用傳統發電單元的可調度性可以平抑風電、太陽能發電的隨機波動性。因此，傳統發電除了其基本的發電屬性外，還具有可調度性好、補償新能源發電隨機波動性的屬性。在電網調度中心的統一調配下，充分挖掘傳統發電單元的可調度性，形成多能源互補的網源協同、源源協同機制，才能使新能源電力得以規?；_發利用。又比如，將用電負荷中的可平移部分(即可平移負荷)視作一種能夠參與電網調度的資源，形成智能化的新型用電方式，有助于實現規模化新能源饋入條件下的電力系統能量平衡與安全穩定。這將使電力系統的發電、電網與用電之間更加緊密地形成一個整體。

五、智能化

對新能源電力系統智能化的理解主要體現在兩個方面。一方面，工業化與信息化的融合促進了現代社會向著網絡化、數字化與智能化發展，比如智能制造、智能交通、智能電網乃至智能城市等等。就智能電網而言，就是通過網絡化、數字化與智能化技術，使電力的生產與供應更加高效、更加便捷、更加可靠、更加清潔，建立起人與自然更加和諧的能源電力生產、供應與消費模式。另一方面，實現新能源逐步取代化石能源的變革需要依賴網絡技術、數字技術與智能控制技術的支撐。比如集中式與分布式新能源發電與并網、電動汽車與儲能、需求側資源利用、新型電力市場、電力網故障下的自愈與恢復等等，都需要建立在先進的網絡信息系統、智能控制與管理系統以及大數據處理、云計算等技術的基礎上，從而成為有效解決當今能源電力問題、發展新能源電力的有效手段。

規模化開發利用新能源與電力系統安全

電力系統安全一直是電力工作者首要關心的問題。隨著新能源電力的規?；_發以及電網中新能源電力比重的增加，新能源電力系統的特征將日益凸顯，給電力系統安全帶來了一些新的問題，同時出現一些新的技術趨勢。

一、隨著電網中新能源電力比重增加及直流輸電的大規模投產，電力系統呈現出新的動態特征，需要新的建模與分析方法。

新能源、直流輸電快速發展，使得電力電子裝置在源、網、荷側系統中所占比重均日益增加。電力電子裝置具備快速動態響應特性，使傳統電力系統以工頻相量為基礎的建模分析方法面臨挑戰。按照系統動態過程的時間尺度，分解為相互獨立電磁暫態、機電暫態以及中長期動態仿真分析也已逐漸不能滿足現代電力系統的要求，涵蓋源網荷電力系統的全過程仿真成為研究的熱點問題之一。與此同時，傳統電力系統分析方法以確定性分析為主，如何表征大規模新能源電力的隨機性，并分析其對電力系統安全的影響也是一個值得關注的問題。

二、電力系統的運行控制方式可能發生變革，將在集中與分布之間尋找新的平衡點。

隨著區域電網間交直流輸電線路建設進程的推進，大電網之間的耦合日益緊密，電力系統整體性特征日益突出，因此在相當長的一段時間內，集中運行控制模式對于大范圍消納新能源電力、保障系統安全仍將起著重要的作用。然而隨著新能源電力與智能電網的發展，未來電力系統控制對象急劇增長，特別是海量分散用戶參與到需求側調度后，將給集中運行控制模式帶來挑戰。因此，國內外學術界正在探索集中協同—分布自治的新模式，可以預見，未來電力系統運行控制模式勢必將在集中與分布之間尋找新的平衡點，從而更充分利用集中優化與分布決策各自的優勢。

三、電力系統發生系統性事故的風險逐漸增大，協調多種控制手段的系統性保護提到議事日程。

伴隨特高壓交直流工程相繼投產，特別是特高壓直流輸電規模的快速發展，一旦交流系統發生常見的單相短路故障，就有可能引發多回直流同時換相失敗，電網將面臨送、受端功率不平衡而導致嚴重的穩定性事故或大量切機、切負荷的風險；含多直流饋入的受端電網，其直流線路間的相互影響以及受端電網的電壓穩定性問題，正成為制約電網安全穩定運行的新瓶頸；含大規模新能源電力的送端電網，也有可能由于電網擾動導致新能源電力設備大面積切除，進一步擴大事故影響范圍。因此，協調直流、交流、各類電源與負荷等多種控制手段的系統性保護成為當前研究的熱點問題。

四、能源系統與信息技術深度融合成為未來發展趨勢，模型分析與數據分析并重，將成為發展新能源電力、保障電力系統安全的有效手段。

正是由于現代電力系統動態特征更加復雜多變，以電網元件建模為基礎，完全依賴模型分析的方法已受到越來越多的局限。與此同時，電網部署了眾多的數據采集與監測系統，包括SCADA系統、PMU/WAMS系統和故障信息系統等，提供了大量的系統實測數據；未來隨著電網與用戶互動的增加及相關信息采集系統的建設，還將提供更多數據源，基于數據分析的技術得到了人們的關注。但是二者不可能相互取代。以模型分析為基礎，應用大數據處理、云計算等新技術，挖掘未來電力系統未知的現象與規律，實現電力系統態勢實時感知與精準協同控制，將成為發展新能源電力、保障電力系統安全的有效手段。

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