“新型电力系统数字化关键技术综述”专辑评述

数字化是推动新型电力系统发展的重要动力,已成为广受学术界和产业界关注的热点技术。为此,《电力系统自动化》编辑部组织了“新型电力系统数字化关键技术综述”专辑,系统化介绍了新型电力系统数字化基础元件装备、边缘计算技术、通信安全与防护、智能化调度决策等一系列技术成果,代表了本领域最新技术成果和先进经验。文中立足于新型电力系统数字化发展的整体趋势,对专辑论文按研究方向进行了系统性梳理,对其核心成果与观点进行了归纳总结,希望能够完整呈现专辑成果对新型电力系统数字化关键技术体系的支撑作用,为相关技术研究的进一步深化提供参考。

新型电力系统数据跨域流通泛安全边界防护技术

新型电力系统建设涉及多业务系统、多部门、多方主体间进行海量、异构数据的交互和共享,电力数据的内外部网络环境与安全形势日趋复杂化,数据流通的脆弱性风险加剧。首先,分析新型电力系统下数据流的类型与特性,概括电力数据流通安全防护面临的新形势;其次,基于专用数据处理器(DPU)的高性能流量编排和多功能安全网关能力,构建面向电力数据跨域流通安全增强的泛安全边界,凭借数据面可编程技术沟通网络安全与数据安全双维度安全能力,提出基于DPU的数据跨域流通协同防护技术应用方案;最后,阐释DPU在不同电力通信网络层次的部署方式、价值与关键技术,分析现阶段DPU在电力领域应用存在的挑战。

数字化背景下新型电力系统谐波溯源关键技术

构建以新能源为主体的新型电力系统是能源电力行业推动“双碳”战略目标的关键举措。伴随多类型电力电子设备大规模接入系统,源网荷储谐波源交互影响,谐波污染加剧且复杂多变,呈现全局化特征,影响了电力系统优质可靠供电。文中聚焦多类型谐波源交互作用下的谐波来源追溯,深度融合先进数字技术在数据资源和智能协作的优势进行主导源头辨识和谐波贡献评估。首先,围绕谐波溯源概念,分析其在数字化背景下新型电力系统面临的新挑战和新机遇。然后,阐述了谐波溯源研究现状,指出关键技术的发展新需求。基于此,利用数字电网技术架构设计了云-边-端协同溯源策略。针对数字化背景下的新型电力系统,阐述了谐波源确定在数据采集、机理分析、协同应用等方面的主要技术。最后,展望了未来数字电力系统安全、可靠、灵活发展的技术方向。

新型电力系统长时储能技术综述

随着未来我国电力系统中可再生能源渗透率的提高,系统稳定性将应对更加严峻的挑战。长时储能技术在电力系统中起到平衡电网需求、提高电网稳定性、促进可再生能源的消纳、推动绿色低碳发展等作用。长时储能在系统的电源侧、电网侧、负荷侧都有着广泛的应用,对我国新型电力系统的发展意义重大。首先,介绍了目前新型电力系统的特点以及发展趋势,分析长时储能技术在新型电力系统中所具备的支撑作用;其次,分别总结了压缩空气储能、锂离子电池储能、液流电池储能、熔盐储能、氢储能5种长时储能的技术原理及路线、现有的示范应用项目及未来发展趋势,分析了各种长时储能技术的优势和不足;最后,对新型电力系统中长时储能技术未来的应用前景进行了展望。

面向新型电力系统的储能规划方法研究进展及展望

储能是新型电力系统非常重要的灵活性调节资源,在源网荷各端均可发挥重要的作用,在中国,储能的发展已经进入规模化发展期,如何合理、经济地利用好储能的关键是规划配置方法。在对储能规划方法研究现状的基础上,分析了储能投资运营主体多元化、应用场景和运行模式复杂化、储能技术多样化等新变化对储能规划方法的影响;提出了新能源聚集区考虑时空互补和共享机制的储能规划方法、电网侧充分市场竞争下的储能与输配电系统协同规划方法,以及用户侧电、热、氢多元储能合作/竞争共存下的规划方法。面向新型电力系统的储能规划,未来应注重电力系统不同发展阶段的整体协调性、储能投资运营主体多元化内生博弈机制的影响,以及规划方案在多目标多场景下的迁移学习方法。

新型电力系统专用传感与边缘智能关键技术及其展望

电力物联网在电力系统的实时传感、透明感知与全局调控中发挥着重要作用。随着新型电力系统的不断演化,传统的设备传感与静态独立的智能系统难以应对多样化业务需求激增、多元化数据爆发式增长、传感器通信可靠性差与能效低下和算法模型迭代成本高等难题。因此,高度多元集成、绿色持续可靠、云边端深度协同的新型电力系统专用传感与边缘智能有望成为新范式。该文首先以新型电力系统专用传感与边缘智能的基本内涵为基础,构建了专用传感与边缘智能融合贯通的体系架构。然后重点阐述了国产化高频新型传感技术、绿色供能的高性能嵌入式芯片技术、高可靠性灵活组网技术、轻量化模型推理技术、云边协同资源共享技术和在线学习持续迭代技术。并进一步展望了专用传感与边缘智能在数据治理、隐私保护、软件定义硬件、业务-算力微服务、多层分布式泛在智能和电力大模型等发展方向,以期为新型电力系统建设提供参考。

适应新型电力系统的电力互替品市场——(一)理念与构想

新型电力系统重塑了能源生产消费结构,电力市场机制也需随之改变。首先,分析指出提升系统调节能力是新型电力系统下市场机制设计的首要目标;围绕该目标给出了市场机制应具备的特点,包括利于激发调节动力、释放调节能力、接纳各种新型调节资源等。其次,对世界各国现货市场普遍采用的分时交易机制进行了分析,指出其与新型电力系统存在诸多不适应之处,包括市场主体调节贡献无法被量化表征,市场主体连续运行特性与分时交易机制相矛盾、调节能力难以完全释放,以及难以满足海量柔性资源直接参与电力市场的需求等。为此,文中舍弃分时交易的方式,转而提出整体交易机制与电力互替品概念,介绍了形成与交易电力互替品的主要思路,并以电力互替品为核心构想了新型市场机制。该机制可通过调节责任划分量化各主体调节贡献,激发市场主体的调节动力;同时,也能促进市场主体主动优化自身运行方式,释放调节能力;具有易于扩展的优势,可轻松接纳新型电力系统下层出不穷的各类新型主体。

新型电力系统面向云边端架构的安全访问控制技术研究

新型电力系统的建设正朝着云边端一体化方向发展,云边端架构带来灵活性和可扩展性的同时,也带来了数据隐私安全、非法操作、缺乏标准化集成方案等问题。基于此,文章提出一种结合云边端架构特点的基于属性的安全访问控制方案(cloud-edge-device attribute-based access control,CED-ABAC),方案通过边缘融合终端进行重加密,既保护数据安全,又减轻终端设备的通信开销,在策略授权方面,使用可扩展的访问控制标记语言(extensible access control markup language,XACML)设计授权策略和策略匹配算法,实现对多终端访问控制策略的同时下发,更高效地解决标准化集成问题。同时通过实验仿真,证明CED-ABAC方案的效率和性能相比于已有方案具有明显优势。

基于二次分解双向门控单元新型电力系统超短期负荷预测

在新型电力系统中,电力负荷随机性和波动性较强,现有预测方法难以对其实现高精度预测。为此,提出一种基于二次分解和双向门控循环单元的超短期负荷预测模型。首先,针对电力负荷的强随机性和强波动性,利用自适应噪声完备经验模态分解对电力负荷历史序列进行初步分解,使负荷序列更加平稳。随后,对初步分解得到的强非平稳分量运用连续变分模态分解进行二次分解,降低其预测难度。最后,为充分学习电力负荷的时序特征,在预测过程构建基于双向门控循环单元的超短期电力负荷预测模型。实验结果表明,该模型相较于现有优秀预测模型有更高的预测精度。

新型电力系统网络安全与运行优化方法及应用专刊序言

建设以新能源为主体的新型电力系统,既是能源电力转型的必然要求,也是实现碳达峰、碳中和目标的重要途径。随着传统电力系统向以新能源为主体的新型电力系统转型升级,电力系统在电源主体、网架形态、负荷用电模式等方面也发生了巨大变化。具体来说,海量分布式发电、储能、灵活负荷以微电网、微能源网的形式接入电网,导致新型电力系统运行环境相对开放,使其更易遭受网络攻击威胁。

专栏评述:新型电力系统

在国家大力推进清洁能源战略、“双碳”目标、新质生产力发展的重要历史阶段,聚焦电能供应侧清洁低碳化、输配电网侧数字化智能化、电能消费侧优质高效化,坚持需求导向和目标导向,面向国家战略需要,推进新型电力系统前沿基础理论和关键核心技术发展,服务国家新能源体系和新型电力系统建设,支撑国家能源安全和经济安全,具有重要科学价值和工程意义。为此,四川大学主办的《工程科学与技术》期刊,专门开辟了“新型电力系统”专栏,为国内外能源电力领域学者提供了一流交流平台。

电力电量平衡视角下新型电力系统极端场景研究及应对综述

全球气候变化加剧背景下极端天气事件频发,受能源转型政策、地缘政治影响一次能源供应与负荷水平均呈现强不确定性。中国正处于可再生能源占比不断提升的新型电力系统建设阶段,极端场景下电力电量平衡问题凸显并呈现出加剧趋势。基于此,从极端场景基本内涵、模拟与生成技术、在电力系统中的应用以及应对措施等角度入手,总结电力电量平衡视角下新型电力系统中的极端场景研究。首先,归纳了极端场景的定义与特性,指出了极端场景与极端事件、最恶劣场景等概念之间联系,归纳了极端场景集的构建方法;随后,针对极端场景小样本特性,梳理了极端场景的直接与间接生成方法;探讨了极端场景在电力系统中的应用方法与具体应用领域;最后,结合现有研究与实际工程案例从4个层面提出了极端场景的应对策略,并指出了极端场景的后续研究方向,为后续建设灵活可靠、供需平衡的电力系统提供了思路。

新型电力系统中的大模型驱动技术:现状、机遇与挑战

建设新型电力系统是实现社会、经济高质量发展的重要基石,以新一代通用人工智能为主导的信息化技术与能源电力科学深度耦合,为新型电力系统的数字化转型工作提供了重要保障。为了探究电力系统在大模型时代潮流下的发展方向,该文首先系统梳理了当前电力系统的数智化发展现状以及在新的场景需求下遇到的难点问题。然后重点探讨了以多模态大模型为代表的具备深度场景解析和语言描述能力的大模型技术在电力系统中的应用前景,并分析了其在几个典型场景下的相关应用成果,证明大模型技术可行性的同时,进一步总结了大模型技术在相关电力场景所面临的机遇与挑战性问题。最后对未来大模型技术如何与电力系统实现紧密融合做了展望与建议。该研究成果有望为新型电力系统数字化转型过程中的数智化发展提供参考,助力能源电力领域提质增效。

“新型电力系统保护与控制技术”专栏特约主编寄语

新型电力系统中新能源占比不断提高,其电网结构、运行特性和故障特征发生了很大变化,对电网继电保护和运行控制技术提出了新的要求。新能源通过变流器并网导致电源特性发生显著变化,电力电子设备快速故障响应与电网电磁暂态过程交织耦合,使得传统的故障分析理论和继电保护技术难以适应。高比例新能源并网带来的调频能力不足、系统惯量降低、宽频振荡等问题凸显,新型电力系统的运行控制技术面临新的挑战。与此同时,新型电力系统建设也带来新的发展机遇,电力电子设备的大量应用增强了系统运行灵活性,电网故障响应特征与电力电子设备控制策略密切相关,利用电力电子设备灵活受控特性进一步提升电力系统继电保护和运行控制性能已成为新的技术发展方向。

适应新型电力系统的电力互替品市场——(二)商品形态及形成机理

当前的电力现货市场基础理论是在新能源占比极低情况下提出的,其所依据的“分时交易”假设无法适应新型电力系统新能源占比日渐趋高、调节需求日益增加的新情况。为此,文中舍弃“分时交易”的基本假设,将功率曲线作为有机整体进行交易,探讨商品形态及形成机理。首先,分析对比“分时交易”与系列论文提出的“整体交易”中商品的形态,揭示“分时交易”中电力商品在各时段同质的假设在实际中不能成立的根本原因。其次,从市场组织者角度出发,探讨电力互替品的性质与形成过程,指出电力除具备生产使用价值外,还具有平衡价值,并定义互替电量、调节电量分别对这两种价值进行表征与量化。进而,从市场主体角度出发,以电力互替品的形成成本最小为目标,提出市场主体自主优化形成电力互替品的方法。进一步指出,各主体还可互补聚合形成电力互替品,适应海量分散的新型市场主体进入市场。最后,算例从量、质、价三个方面展示电力互替品的形成过程,分析了影响电力互替品形成成本的关键因素。电力互替品的形成过程,正是市场主体从计划式的“被动提供灵活性”变为市场化的“主动提供灵活性”的过程,也正是系统调节能力的挖掘提升过程。

面向新型电力系统低碳安全需求的电碳多类型市场交易决策

在新型电力系统建设背景下,电网中接入的可再生能源比例不断提升,不仅给电力系统的安全稳定运行带来影响,也给传统电力市场的建设运营带来较大挑战。高比例新能源的不确定性和间歇性对传统电力市场支撑技术提出更高的要求,随着全国统一大市场建设的推进,现货市场与辅助服务市场的参与主体、市场间联动不断健全,为新型电力系统提供了多元化调节资源与调控方式,提升了系统灵活性与能源供给的安全可靠性。另外,低碳发展也是新型电力系统的重要方向,绿电市场、绿证市场、碳市场以及新能源超额消纳市场等不同交易手段,逐步形成减碳价值市场交易体制,推动以市场化手段助力双碳目标落实。为了共同探讨电力市场交易体系建设、实施和市场机制设计方面的新理论、新技术、新成果,展示该领域的发展水平及今后的发展方向,《内蒙古电力技术》编辑部特邀华北电力大学能源互联网研究中心副主任王永利教授、中国电力科学研究院高级工程师陈宋宋、澳门大学智慧城市物联网国家重点实验室助理教授惠红勋作为特约主编,共同策划并主持“面向新型电力系统低碳安全需求的电碳多类型市场交易决策”专栏。

新型电力系统应对极端事件的风险防范与应急管理关键技术

保障电力安全是贯彻落实总体国家安全观的基本要求。当前,我国电力系统正向新型电力系统演进,新能源不确定性、设备低抗扰与弱支撑性等特征变化叠加日益严峻的极端事件威胁,使得提升电力系统弹性、防范电力安全风险成为一项复杂且具有挑战性的工作。该文在详细介绍新型电力系统弹性提升所面临挑战的基础上,从“风险评估—投资规划—预防准备—响应恢复”4个层面归纳新型电力系统应对极端事件的电力风险防范与应急管理技术,系统分析各层面的关键技术与研究重点。最后,对保障新型电力系统电力安全的实现路径进行展望,提出进一步深入研究的方向。

基于大语言模型的新型电力系统用户特性立体应用模式初探

随着新型负荷的广泛接入与虚拟电厂建设的不断推进,新型电力系统中多元的负荷结构与频繁的网荷交互使得用户特性应用在数据融合、特性挖掘和业务赋能面临关键挑战。因此,该文首先深入分析了用户特性的研究现状,以此为基础提出了新型电力系统用户特性立体应用模式,贯通了“多源数据-多维特性-多元模块-多样业务”的应用链路。然后,针对该模式实践中海量多源数据可用性差、特性刻画灵活性低、业务贯通复杂性高的核心技术难题,立足于近期大语言模型备受关注的显著能力与智能体应用范式,分别在自适应数据治理、对话式数据交互、自动数据分析与机器学习、多智能体应用系统架构方面提出了解决方案。进一步,更通过用电数据库交互与业扩报装接入优化的案例表明所提方案能够自动化、智能化、个性化地开展用户特性应用,有望在实际中应对用户侧业务面临的关键挑战。最后,对大语言模型赋能用户侧海量资源管控以及系统智能水平跃升进行了展望。

考虑新能源随机性的新型电力系统图深度学习稳定指标概率分布评估模型

新型电力系统的新能源大规模随机性出力特点导致目前在线暂态稳定扫描结论面临失效风险,这一问题从元件建模精度、系统拓扑适应性和计算速度三个方面同时对现有方法提出挑战。因此提出了基于重概率化改进的置信带方法和图深度学习的稳定指标概率分布及置信带评估模型,通过图深度学习模型快速评估少量采样点,再由重概率化置信带方法扩增结果,利用标签共现知识引导时域仿真对准确率进行增强,最后使用置信带方法给出随机出力下的稳定概率分布和区间形式的评估结论。该方法优点在于利用了图深度学习的拓扑适应能力和快速计算特点,且不受元件建模精度限制,置信带计算结论具有可靠的理论背景,能够评估稳定概率分布。在IEEE-39和IEEE-300节点系统上的评估精度验证表明,所提方法能够高精度地预测指定方式暂态稳定指标,并给出可靠的概率评估结论。

新型电力系统的气候风险评估与应对

实现“双碳”目标,能源是主战场,电力是主力军。2019年,我国二氧化碳排放总量113亿吨,占全世界排放总量的28%;能源领域碳排放量99亿吨,占全国总量的87%,其中,电力部门是最主要的碳排放部门,约占能源碳排放的40%(舒印彪等,2021)。新型电力系统作为新型能源体系的重要组成部分,是推动能源低碳转型的关键载体。构建以新能源为主体的新型电力系统是能源电力行业实现“双碳”目标的关键举措。