構建新型電力系統(tǒng)的創(chuàng)新實踐分析

　　一、福建提出“三大三先”新型電力系統(tǒng)建設模式

　　新型電力系統(tǒng)是新型能源體系的重要組成，是推動能源低碳轉(zhuǎn)型、助力實現(xiàn)“雙碳”目標的重要支撐。今年7月，中央全面深化改革委員會第二次會議審議通過了《關于深化電力體制改革加快構建新型電力系統(tǒng)的指導意見》，指出要加快構建清潔低碳、安全充裕、經(jīng)濟高效、供需協(xié)同、靈活智能的新型電力系統(tǒng)，要科學合理設計新型電力系統(tǒng)建設路徑。

　　2021年，國家電網(wǎng)有限公司將福建省確立為推進新型電力系統(tǒng)建設的3個省級示范區(qū)之一。經(jīng)過兩年的理論研究和實踐探索，國網(wǎng)福建省電力有限公司(以下簡稱國網(wǎng)福建電力)總結提出打造“三大三先”(打造東南清潔能源大樞紐、高能級配電網(wǎng)大平臺、“數(shù)字閩電”大生態(tài)，實現(xiàn)清潔發(fā)展水平領先、安全穩(wěn)定水平領先、效率效益水平領先)省級高質(zhì)量發(fā)展示范電網(wǎng)建設目標，為新型電力系統(tǒng)建設示范了福建模式。

　　二、福建新型電力系統(tǒng)建設典型案例分析

　　國網(wǎng)福建電力充分依托福建清潔資源稟賦優(yōu)越、電源結構多元靈活、電力系統(tǒng)供需平衡、供電區(qū)域場景多樣的特征和基礎，以打造東南清潔能源大樞紐、高能級配電網(wǎng)大平臺、“數(shù)字閩電”大生態(tài)為抓手，努力實現(xiàn)清潔發(fā)展水平領先、安全穩(wěn)定水平領先、效率效益水平領先的目標，高標推進新型電力系統(tǒng)省級示范區(qū)建設。本文選擇了三個典型的示范項目進行具體分析，以供借鑒參考。

　　(一)平潭島全綠電供應

　　1.基本情況

　　福建平潭島是全國第五大島嶼，地處臺灣海峽與海壇海峽之間的突出部位，由于“狹管效應”影響，島上風力資源豐富，全年平均風速6.5~8.5米/秒，8級以上大風日大于90天。

　　強勁的海風，曾為平潭海峽公鐵大橋的建設帶來不小的難度?；L為寶，2021年12月，平潭海峽公鐵兩用大橋照明工程分散式風電項目建成并網(wǎng)，通過配套風電裝機供電，對大橋全線公路層兩側、主塔和拉索等關鍵位置進行景觀照明。該工程是國內(nèi)首個分散式海上風電項目，也是采用“自發(fā)自用、余量上網(wǎng)”模式，實現(xiàn)清潔能源就地利用的全綠電代表性工程。

　　為滿足“綠電”全量送出需求，國網(wǎng)平潭供電公司全力推進配套電網(wǎng)工程建設，2012年以來累計投資19.06億元，新建110千伏及以上變電站6座，形成貫通平潭島南北的220千伏雙電源鏈式結構，與福州新區(qū)電網(wǎng)一起形成堅強環(huán)網(wǎng)。通過優(yōu)化平潭主干電網(wǎng)的網(wǎng)架結構，綠色風電不僅可滿足本地用電需求，還進一步向島外輸送，推動經(jīng)濟社會綠色化、低碳化發(fā)展。

　　2.取得成果

　　平潭島實現(xiàn)大型島嶼全綠電供應。綠色風電不僅能滿足本地用電需求，還能向島外輸送。風電年利用小時數(shù)接近4000小時。今年1—8月，平潭綜合實驗區(qū)清潔能源發(fā)電量共計12.56億千瓦時，是全社會用電量(8.46億千瓦時)1.48倍，清潔能源裝機容量占比100%，可每年減少碳排放近204萬噸。預計“十四五”期間，平潭風電總裝機容量將達187.83萬千瓦。

　　3.經(jīng)驗分析

　　(1)平潭島是全國首個海上分散式風電并網(wǎng)發(fā)電項目。2021年12月，全國首個海上分散式風電項目——平潭海上分散式風電實驗項目投入運營，探索出海上風電發(fā)展新路徑。項目不僅能為平潭地區(qū)提供優(yōu)質(zhì)電能，助力平潭地區(qū)新型電力系統(tǒng)建設，作為全國首個海上分散式風電項目，也為海上風電的建設增加一條新途徑，對開發(fā)建設海上分散式風電項目具有示范引領作用，成為海上風電項目的一個里程碑。項目主供平潭海峽跨海大橋日常用電，自發(fā)自用，余電通過35千伏橋纜接入110千伏官樹下變電站在平潭就地消納。

　　(2)保障綠電入網(wǎng)消納及輸出。為保障綠電消納及輸出，平潭主要開展了三方面工作：一是建強主配網(wǎng)網(wǎng)架結構，10~110千伏堅強配網(wǎng)保障綠電就地消納，盛風期時通過220千伏橋纜線路向福州市長樂區(qū)輸出綠電;二是通過建設120兆瓦共享儲能電站，補強電網(wǎng)調(diào)節(jié)綠電的能力;三是大力推廣電能替代，提升綠電就地消納能力。國網(wǎng)平潭供電公司以“全綠電”為基礎精準施策，打造高承載堅強主網(wǎng)架，做好清潔能源消納、電能替代、綠色調(diào)度和電網(wǎng)節(jié)能改造等工作，助推“雙碳”目標實現(xiàn)。

　　(二)廈門高能級配電網(wǎng)

　　1.基本情況

　　廈門是福建省唯一的新型電力系統(tǒng)市級示范區(qū)，國網(wǎng)福建電力持續(xù)高起點、高標準打造廈門高能級配電網(wǎng)，聚力形成供電高可靠、網(wǎng)架高承載的能量配置樞紐，信息高融合、狀態(tài)全感知的智慧物聯(lián)體系，源荷高聚合、靈活全接入的開放共享平臺，服務高品質(zhì)、低碳高能效的能源服務生態(tài)，為廈門城市建設提供優(yōu)質(zhì)可靠的供電保障。

　　2.取得成果

　　2022年，廈門全市供電可靠率達99.9944%，持續(xù)位居福建省首位、國內(nèi)第一梯隊，達到國際先進水平。廈門市“獲得電力”指標獲評“全國標桿”，連續(xù)五年(2018—2022年)排名省內(nèi)第一(2023年未開始評選)。2022年供電可靠性管理經(jīng)驗獲評全國質(zhì)量標桿。

　　廈門全市自動化終端覆蓋率100%，清潔能源消納100%，廈門配電網(wǎng)居國內(nèi)領先水平。

　　在智能互動方面，廈門城區(qū)主次干層的“三遙”覆蓋率已達100%，10千伏饋線全部實現(xiàn)全自動FA功能，可在1分鐘之內(nèi)實現(xiàn)網(wǎng)絡重構，智能化水平高于東京，在配電自動化主站功能應用方面優(yōu)于新加坡(2018年提法，現(xiàn)在暫無參照)。

　　在運維管理方面，國網(wǎng)廈門供電公司踐行“運維跑在故障前”，全面推進現(xiàn)代設備管理體系建設，建成新一代變電集控系統(tǒng)，打造貼近設備、適應數(shù)值化轉(zhuǎn)型的中臺組織。目前已完成102座變電站遠程智能巡視建設及應用，建成四個無人機輸變配協(xié)同自主巡檢示范區(qū)，搭建“纖網(wǎng)先知”光纖防外破系統(tǒng)，實現(xiàn)對核心片區(qū)電力管道的實時監(jiān)測和主動預警，強化設備狀態(tài)全景感知。

　　實現(xiàn)用戶零停電感知。廈門在全省首批試點打造“零計劃停電”示范區(qū)，一方面推進帶電作業(yè)工器具迭代、裝備智能化升級、管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提升“全專業(yè)、全地形、智能化”的不停電作業(yè)能力，推進不停電作業(yè)管理與技術水平提升;另一方面加強停電檢修過程管控，細化計劃停電過程關鍵環(huán)節(jié)管控，壓降工程建設引起的計劃停電次數(shù)與時間。截至目前，廈門“零計劃停電”示范區(qū)已擴展至9個，惠及用電戶近18.6萬戶。

　　3.經(jīng)驗分析

　　(1)打造“鉆石”型配電網(wǎng)。“鉆石”型配電網(wǎng)是廈門市高能級配電網(wǎng)建設的重要內(nèi)容，也是廈門新型電力系統(tǒng)示范試點工程之一。“鉆石”配電網(wǎng)示范項目構建了以開關站為核心主干網(wǎng)、配電室為次干網(wǎng)的雙環(huán)網(wǎng)高能級配電網(wǎng)架，并配置“光差保護+自愈”功能，實現(xiàn)配電網(wǎng)網(wǎng)架結構再次升級。“鉆石”網(wǎng)架具有3個特點：實現(xiàn)故障快速自愈，400毫秒內(nèi)可完成故障隔離重構，區(qū)域供電可靠率提升至99.999%以上;轉(zhuǎn)供能力強，不同變電站雙側供電，負荷轉(zhuǎn)供能力達100%，滿足檢修方式下“N-1”安全校驗;適應能力強，基于縱聯(lián)電流差動保護，適應大量分布式能源接入，且滿足環(huán)網(wǎng)合環(huán)運行條件。廈門市力爭年底前再完成26組“鉆石”型網(wǎng)架項目的儲備。

　　(2)云端調(diào)控源荷儲。廈門供電公司依托省級調(diào)控云平臺，探索構建多元源網(wǎng)荷儲聚合的新型能源自治體系，創(chuàng)新“省—地—配—臺—戶”分層協(xié)同調(diào)控模式，貫通了500千伏省級電網(wǎng)至0.4千伏末梢電網(wǎng)，在網(wǎng)的每個節(jié)點設備都一覽無余。相較于原電網(wǎng)調(diào)度的“源隨荷動”模式，現(xiàn)在調(diào)度側通過省地一體化中低壓負荷預測、精準負荷控制、分布式能源群調(diào)群控等新技術，構建了統(tǒng)籌全網(wǎng)全電壓等級可調(diào)節(jié)資源，分層分區(qū)精細化調(diào)節(jié)電網(wǎng)的“源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動”新模式。廈門供電公司對配電網(wǎng)負荷成分進行識別劃分，針對各類行業(yè)負荷及分布式電源的特征，建立預測模型，實現(xiàn)配電網(wǎng)負荷的精細化預測;通過功率群調(diào)群控模塊，規(guī)?；_展直調(diào)分布式光伏、自治臺區(qū)、分布式儲能協(xié)同互濟;與虛擬電廠平臺聯(lián)動實現(xiàn)對饋線、母線及變電站的可調(diào)節(jié)負荷量分析、調(diào)用，并實現(xiàn)緊急情況下開展主配協(xié)同精準負荷控制。

　　(3)構建虛擬電廠平臺。今年6月，福建省首個虛擬電廠平臺在廈門上線運行。作為國網(wǎng)福建電力新型電力系統(tǒng)示范建設項目，廈門虛擬電廠平臺按照“政府主導、電力主動、社會參與”模式，以新能源最大化消納、經(jīng)濟效益最優(yōu)、電網(wǎng)系統(tǒng)運行最優(yōu)為目標，構建多元實時可調(diào)負荷資源池，基于可調(diào)負荷預測分析和資源動態(tài)分配策略，參與各電壓等級電網(wǎng)調(diào)度協(xié)同控制，實現(xiàn)資源聚合調(diào)控和供需雙向互動，滿足負荷高峰用電需求，服務廈門高能級配電網(wǎng)建設。廈門虛擬電廠平臺上的可調(diào)節(jié)資源分為約時客戶和實時客戶，約時客戶按照約定時間響應電網(wǎng)需求，而實時客戶則實時響應電網(wǎng)需求。廈門供電公司積極引導各類資源主動參與交互，推動廈門市政府在省級需求響應政策基礎上，提高需求響應補貼標準，實時響應補貼最高達12元每千瓦時，同時引入?yún)^(qū)塊鏈技術，利用其不可修改、可溯源的優(yōu)點，確保業(yè)務、資金公開透明。隨著更多分布式電源接入虛擬電廠平臺，虛擬電廠不僅能引導客戶在用電高峰期少用電，還能引導客戶在用電低谷期多用電、用綠電，助力解決電網(wǎng)的跨區(qū)平衡問題，緩解局部地區(qū)的用電緊張狀況。目前，廈門虛擬電廠平臺已聚合600多家參與主體約42萬千瓦可調(diào)資源。未來，廈門虛擬電廠平臺將探索更多靈活商業(yè)運營模式，依托平臺的運營管理和聚合能力，逐步實現(xiàn)輔助服務、電力現(xiàn)貨交易等更多綜合功能，實現(xiàn)資源統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，改變消費側用電習慣，培養(yǎng)全社會低碳用能消費觀。

　　(三)長樂低壓透明電網(wǎng)

　　1.基本情況

　　長樂是福建省福州市轄區(qū)，福建省在此進行低壓透明電網(wǎng)建設示范。近年來，在配電網(wǎng)中，具備隨機、間歇、分散、不可控特性的新型用戶側設備海量接入，配網(wǎng)的復雜程度和運營管控難度出現(xiàn)指數(shù)級上升。國網(wǎng)長樂區(qū)供電公司深度結合應用人工智能、邊緣計算、區(qū)塊鏈等現(xiàn)代信息技術，提高配網(wǎng)作為電網(wǎng)“神經(jīng)末梢”的全景感知、自動響應、供電路徑優(yōu)化分析等能力，讓配電臺區(qū)、電網(wǎng)資源、設備狀態(tài)更加公開透明、微觀精準，為適應新生產(chǎn)要素和生產(chǎn)關系提供堅實的物理基礎。

　　2.取得成果

　　長樂供電低壓透明電網(wǎng)是福建省內(nèi)首個臺區(qū)智能融合終端實用化試點單位，率先完成了智能融合終端縣域全覆蓋、建成了低壓透明電網(wǎng)，多達15個實用化應用場景在此落地，今年3月被評為國網(wǎng)“五市十縣能源互聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)”之一。此外，國網(wǎng)長樂區(qū)供電公司還被評為2022年國網(wǎng)技術降損先進型示范區(qū)。

　　3.經(jīng)驗分析

　　(1)電網(wǎng)更“透明”。與過去的傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比，國網(wǎng)長樂區(qū)供電公司打造的低壓透明電網(wǎng)“透明”之處，主要體現(xiàn)在兩個方面：一是大范圍、高標準投入應用創(chuàng)新信息技術的軟件平臺和硬件基礎設施，實現(xiàn)對低壓臺區(qū)設備和用電數(shù)據(jù)的采集及應用能力、電能質(zhì)量管理水平、故障自動響應速度的大幅提升，為供電服務、運維搶修奪得先機;二是配網(wǎng)供電能力的可視化，在完成臺區(qū)智能融合終端全覆蓋的基礎上，實現(xiàn)電網(wǎng)資源的公開透明化，讓用戶辦電、新能源并網(wǎng)更加便捷高效。截至目前，長樂低壓電網(wǎng)已完成智能融合終端安裝2692臺(覆蓋率100%)。如今，國網(wǎng)長樂區(qū)供電公司實現(xiàn)配電變壓器全監(jiān)測、營配全交互、業(yè)務全上線，工作人員只要打開手機，各臺區(qū)的低壓拓撲、實時工單情況、配網(wǎng)可靠性監(jiān)測、可開放容量、新型業(yè)務接入情況均躍然“掌”上、一目了然。

　　(2)可靠性管控更“靈敏”。過去，傳統(tǒng)的低壓設備感知能力有限，臺區(qū)到用戶用電之間的鏈路存在感知盲區(qū)，無法做到及時感知用戶電能質(zhì)量、有效定位故障等。而今，國網(wǎng)長樂區(qū)供電公司通過推動低壓透明電網(wǎng)建設，臺區(qū)全部實現(xiàn)了“配變—低壓出線—表箱—用戶”四級停電感知，推動低壓配網(wǎng)搶修模式由“周期式運檢+被動搶修”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;工單驅(qū)動業(yè)務”。國網(wǎng)長樂區(qū)供電公司上線臺區(qū)智慧運維平臺App，既能實現(xiàn)精準定位故障源，又能主動建立運維工單，實現(xiàn)故障原因更快探清、檢修響應更加快速。為實現(xiàn)臺區(qū)自治目標，借助國家電網(wǎng)總部、國網(wǎng)福建電力的技術力量，國網(wǎng)長樂區(qū)供電公司現(xiàn)在已可將臺區(qū)異常情況、異常斷面信息及部分歷史信息整合成智能工單，并通過去中心化的工單系統(tǒng)直接派到網(wǎng)格化作業(yè)App。目前，該平臺已支持主動運維、主動檢修、主動搶修3類共12項工單的派發(fā)。新平臺上線后，2022年，長樂區(qū)供電低壓故障搶修平均時長比上一年減少13分鐘，客戶側報修工單減少31.55%，極大提升了低壓客戶的用電體驗感。

　　(3)低成本高效解決低電壓問題。為解決用電低電壓“老大難”，國網(wǎng)長樂區(qū)供電公司率先落地實施了柔直調(diào)壓互聯(lián)互備和數(shù)字化平臺綜合應用方案，取得了工期短、投資低、見效快的良好效果。采用傳統(tǒng)改造方案解決臺區(qū)低電壓，一般投資約85萬元且需耗時半年以上，而長樂供電的方案因為采用改前端為直流、末端逆變?yōu)榻涣?20伏的柔直調(diào)壓裝置和實施電能質(zhì)量綜合治理兩大措施，具有較高的示范引領和推廣價值。第一大措施來自柔直調(diào)壓裝置，該裝置可實現(xiàn)更大范圍內(nèi)的電能優(yōu)化配置，解決新型源荷大量接入帶來的負荷不平衡、電壓質(zhì)量差、無功補償?shù)认盗袉栴}，緩解電網(wǎng)供電壓力。由于裝置的大小與5G通訊基站相似，體積較小，安裝在供電企業(yè)原有電桿或場站即可，無需占用新的土地或廊道資源。第二大措施來自軟件的迭代升級，國網(wǎng)長樂區(qū)供電公司打造出電能質(zhì)量精準調(diào)控平臺和調(diào)度低壓自動化應用兩大方法——得益于福州長樂區(qū)已打好智能融合終端全覆蓋的“地基”，新上線的電能精準調(diào)控平臺對臺區(qū)負荷和電能質(zhì)量監(jiān)測、管控的顆粒度、精準度和時效性都實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，實現(xiàn)“手術刀”級別的電能治理;調(diào)度低壓自動化應用，則是通過實施戶表級低壓可靠性監(jiān)測管理和用戶停電時長分析應用，最大程度提前預判和杜絕了低壓用戶、停電用戶的出現(xiàn)。

　　三、結語

　　對構建新型電力系統(tǒng)的研究與認識正不斷向前推進，新型電力系統(tǒng)建設路徑還在探索。從2021年中央財經(jīng)委員會第九次會議首次提出要構建新型電力系統(tǒng)開始，兩年多來，關于如何構建新型電力系統(tǒng)的探討和研究正不斷向前推進。2023年6月，國家能源局組織11家研究機構編制發(fā)布了《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍皮書》，全面闡述新型電力系統(tǒng)的發(fā)展理念、內(nèi)涵特征，制定“三步走”發(fā)展路徑，并提出構建新型電力系統(tǒng)的總體架構和重點任務?！缎滦碗娏ο到y(tǒng)發(fā)展藍皮書》明確，新型電力系統(tǒng)是以確保能源電力安全為基本前提，以滿足經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展的電力需求為首要目標，以高比例新能源供給消納體系建設為主線任務，以源網(wǎng)荷儲多向協(xié)同、靈活互動為有力支撐，以堅強、智能、柔性電網(wǎng)為樞紐平臺，以技術創(chuàng)新和體制機制創(chuàng)新為基礎保障的新時代電力系統(tǒng)。新型電力系統(tǒng)具備安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合四大重要特征。2023年7月審議通過的《關于深化電力體制改革加快構建新型電力系統(tǒng)的指導意見》指出，要加快構建清潔低碳、安全充裕、經(jīng)濟高效、供需協(xié)同、靈活智能的新型電力系統(tǒng)?？梢哉f，新型電力系統(tǒng)是怎樣的，如何建設新型電力系統(tǒng)，隨著時間的推移和實踐的推進正不斷完善和明晰，也在不斷探索。

　　福建關于新型電力系統(tǒng)的建設探索與實踐符合新型電力系統(tǒng)的內(nèi)涵和特征。“打造東南清潔能源大樞紐”“實現(xiàn)清潔發(fā)展水平領先”，立足福建清潔能源稟賦優(yōu)勢，符合新型電力系統(tǒng)的清潔低碳特征;“打造東南清潔能源大樞紐”“安全穩(wěn)定水平領先”符合新型電力系統(tǒng)建設以確保能源電力安全為基本前提的內(nèi)涵，“高能級配電網(wǎng)大平臺”“‘數(shù)字閩電’大生態(tài)”與“柔性靈活、智慧融合”“靈活智能”的新型電力系統(tǒng)特征相吻合，“效率效益水平領先”與今年7月提出的新型電力系統(tǒng)“經(jīng)濟高效”相一致。

　　福建正通過打造東南清潔能源大樞紐、高能級配電網(wǎng)大平臺、“數(shù)字閩電”大生態(tài)的實踐，將新型電力系統(tǒng)建設落地。在“打造東南清潔能源大樞紐”方面，福建通過構建網(wǎng)架樞紐，助推清潔能源消納;在“打造高能級配電網(wǎng)大平臺”方面，福建從城鎮(zhèn)級、鄉(xiāng)村級、海島級、園區(qū)級四個維度全面推進;在“打造‘數(shù)字閩電’大生態(tài)”方面，福建從東南能源大數(shù)據(jù)中心打造“電易+”、“能易+”、動態(tài)“電網(wǎng)一張圖”、設備主人制推廣落地的典型場景、人工智能規(guī)?；瘧玫榷喾矫孢M行實踐。福建正在將新型電力系統(tǒng)建設變成一個個現(xiàn)實案例，通過各方面探索，積累了豐富的經(jīng)驗。

　　韓繼園 中能傳媒能源安全新戰(zhàn)略研究院