新型電力系統中新能源成為主體，是一個(gè)逐步演變的過(guò)程，首先體現在新能源裝機占比居首位，其次新能源發(fā)電量占比居首位，最終新能源裝機和發(fā)電量占比均超過(guò)50%。預計南方電網(wǎng)2030年新能源裝機約2.5億千瓦，占比約35%，成為第一大電源，基本建成新型電力系統。

　　新能源發(fā)電具有隨機性、波動(dòng)性和間歇性，使得電力系統運行方式復雜多變。新能源發(fā)電通過(guò)換流器并網(wǎng)，換流器動(dòng)態(tài)特性對系統穩定性的影響逐步凸顯，電力系統穩定性問(wèn)題的內涵特征發(fā)生新變化。因此，如何認知新型電力系統穩定特性，如何開(kāi)展運行控制，確保系統安全穩定，需要深入研究。電力系統穩定分析是認知電力系統穩定特性、掌握運行規律的方法體系?，F有的電力系統穩定分析方法是在典型運行方式基礎上，針對預想故障集，利用穩定分析工具研究電力系統穩定特性，提出運行控制方法?，F有電力系統穩定分析方法應用于新型電力系統時(shí)，將面臨海量運行方式場(chǎng)景、多時(shí)間尺度物理過(guò)程耦合、穩定控制策略適應性、柔性化穩定控制、非工頻穩定性控制等新問(wèn)題新方法。

　　新能源發(fā)電隨機性波動(dòng)性間歇性導致系統穩定分析面臨海量運行場(chǎng)景

　　傳統電力系統的運行方式主要受負荷水平和季節性水電出力兩個(gè)因素的影響，運行方式組合較少，在電力系統規劃和運行中通常選取“夏大、夏小、冬大、冬小”四種典型運行方式即可滿(mǎn)足電網(wǎng)安全性、穩定性和經(jīng)濟性評估需求。對于新型電力系統，風(fēng)、光等新能源在電源結構中將占據主導地位。一方面，新能源出力的隨機性、波動(dòng)性會(huì )導致電源側出力水平短期內大幅變化，可能的出力組合方式顯著(zhù)增加；另一方面，大力推進(jìn)電能替代，加劇了用電側功率波動(dòng)，特別是電動(dòng)汽車(chē)等間歇性用電負荷的爆炸式增長(cháng)，大幅增強了負荷的不確定性。上述發(fā)電側和用電側的高度不確定性將導致傳統的電力系統典型運行場(chǎng)景選取方法失效，為有效覆蓋可能出現的海量運行場(chǎng)景，同時(shí)兼顧電力系統運行模擬分析效率，亟需對電力系統各種運行方式進(jìn)行特征識別、聚類(lèi)和降階，從而得到具有高度代表性的少數典型運行方式。

　　新能源等電力電子并網(wǎng)設備導致多時(shí)間尺度物理過(guò)程緊密耦合

　　傳統電力系統穩定特性主要受各類(lèi)電氣設備物理特性的影響，采用傳統機電暫態(tài)尺度的分析工具即可得出可信的結論。新型電力系統中電力電子設備容量占比高，多時(shí)間尺度物理過(guò)程耦合，其寬頻帶控制作用顯著(zhù)改變系統穩定特性，需依靠電磁暫態(tài)尺度的分析工具，但該類(lèi)工具在新型電力系統中應用時(shí)存在較多問(wèn)題：一方面，以新能源為主體的新型電力系統具有寬頻特征，建立新能源場(chǎng)站的寬頻帶等效模型十分困難，如再考慮機組類(lèi)型、分布運行狀態(tài)等因素的影響，等效建模的難度將進(jìn)一步增加；另一方面，新型電力系統具有“雙高”特征，大量電力電子設備的建模仿真，會(huì )導致電磁暫態(tài)分析工具的效率難以接受；最后，現有電力系統模型一般在機電暫態(tài)尺度下維護，電磁暫態(tài)模型的運行方式調整極為不便，嚴重影響電磁暫態(tài)分析工具的便捷性。因此，新型電力系統的穩定分析工具亟待從通用建模方法、高效求解算法、一體化仿真平臺等角度深入開(kāi)展研究，以大幅提升電磁暫態(tài)仿真工具的分析能力。

　　新能源等電力電子并網(wǎng)設備使得傳統工頻穩定性控制擴展至非工頻穩定性控制

　　電力系統在設計之初，就是按照在工頻下穩定運行設計的，電網(wǎng)所表現出的穩定性問(wèn)題主要是指工頻下的穩定性，其控制也主要是指工頻穩定性控制。以新能源為主體的新型電力系統所表現出的寬頻振蕩新問(wèn)題，使得傳統穩定性控制不再局限于工頻段，而是擴展至上千赫茲的非工頻段穩定性控制。通過(guò)發(fā)展寬頻信息采集、測量裝置，有效測量非工頻電氣量，提高系統的觀(guān)測能力；通過(guò)創(chuàng )新發(fā)展新的控制技術(shù)理論體系，提高系統的認知水平和控制能力。為保障新能源為主體的新型電力系統安全穩定運行，傳統工頻穩定性控制將擴展至非工頻穩定性控制。

　　運行場(chǎng)景多變性使得穩定控制策略適應性降低，需要多時(shí)間尺度迭代更新穩定控制策略

　　由于傳統電力系統的不確定性相對可控，“離線(xiàn)決策、實(shí)時(shí)匹配”仍是目前國內外實(shí)際廣泛應用的穩控措施形成模式。新能源的大量饋入，以及多能源系統、“物理-信息-社會(huì )”系統的廣泛深度耦合，給未來(lái)新型電力系統引入了難以由靈活性資源完全平抑的波動(dòng)性和不確定性。若沿用當前的穩控策略制定模式，要么導致離線(xiàn)制定的策略對于實(shí)時(shí)運行場(chǎng)景“失配”的幾率大大增加，要么逼迫離線(xiàn)策略設計必須考慮過(guò)于寬泛的運行狀態(tài)區間，一方面導致控制代價(jià)過(guò)大、策略形式復雜甚至找不到可行解，另一方面導致策略設計的人工成本和人工失誤風(fēng)險大幅上升。高性能仿真計算、全息監測、智能化分析決策、風(fēng)險評估防控、實(shí)時(shí)快速自適應控制等技術(shù)的發(fā)展，給解決上述控制策略制定“跟不上”系統狀態(tài)變化或“包不住”系統極端隨機波動(dòng)的矛盾帶來(lái)了機遇。在上述技術(shù)體系的逐步形成和融合支撐下，穩控策略對高可變強隨機運行環(huán)境的適應能力將獲得本質(zhì)升級。首先，“離線(xiàn)決策、實(shí)時(shí)匹配”的兩階段控制措施形成模式，將逐步過(guò)渡到“離線(xiàn)+在線(xiàn)”多時(shí)間尺度規范迭代的新模式：在離線(xiàn)、準實(shí)時(shí)和實(shí)時(shí)等多個(gè)階段，控制策略隨運行狀態(tài)的確定而逐漸聚焦，由粗到細經(jīng)多次規范迭代修正，最終得到既可靠可監管又精準及時(shí)的控制措施；其次，在各個(gè)時(shí)間尺度的控制策略分析深度、系統性和效率獲得全面提升，主動(dòng)發(fā)現深度耦合風(fēng)險、定位風(fēng)險形成和控制要素、快速及時(shí)更新策略的能力顯著(zhù)增強，對人工重復勞動(dòng)和個(gè)體經(jīng)驗的依賴(lài)顯著(zhù)降低。

　　新能源機組快速調節特性支撐穩定控制技術(shù)向“以調代切”方向發(fā)展

　　傳統穩定控制技術(shù)的特點(diǎn)是直接斷開(kāi)控制對象和電網(wǎng)的電氣連接關(guān)系，故障后系統恢復困難。新型電力系統源-網(wǎng)-荷各環(huán)節高度電力電子化，在電源側和負荷側，新能源機組和電力電子化負荷通過(guò)換流器及鎖相環(huán)并入電網(wǎng)，其動(dòng)態(tài)行為由控制算法決定，這種快速調節能力使得電力電子化電源及負荷具有良好的暫態(tài)響應能力，通過(guò)調節控制參數可提供故障過(guò)程中的暫態(tài)支撐能力；在電網(wǎng)側，直流輸電具有高度靈活可控特性，根據系統運行需要可快速調節輸送功率大小甚至輸送方向，支撐電網(wǎng)安全穩定運行。電力電子并網(wǎng)設備的數字式快速調節能力給穩定控制技術(shù)帶來(lái)新的機遇和選擇，“以調代切”思想確?？刂茖ο笫冀K與電網(wǎng)保持電氣連接，有利于故障后系統恢復運行，推動(dòng)現有穩控技術(shù)向著(zhù)柔性化方向發(fā)展。

　　針對新型電力系統面臨的穩定分析和控制問(wèn)題，目前還處于探索階段，相關(guān)理論研究和技術(shù)研發(fā)已加速展開(kāi)，將引入不確定性思維、非線(xiàn)性控制理論以及數字化技術(shù)，推動(dòng)穩定分析和穩定控制技術(shù)體系的全面升級?？梢灶A見(jiàn)電力系統穩定分析控制技術(shù)必將迎來(lái)一輪新的發(fā)展高潮。

       作者：周保榮 為南方電網(wǎng)公司高級技術(shù)專(zhuān)家、南網(wǎng)科研院新型電力系統研究所所長(cháng)