“十五五”规划纲要提出,“着力构建新型电力系统,全面提升电力系统互补互济和安全韧性水平,优化全国电力流向和跨区域通道布局,加快智能电网建设”。
电力系统,对于当代经济社会发展的重要性不言自明。它是万家灯火的能源基座,也是支撑生产活动的“动力心脏”。每个经济“细胞”的活动,都离不开电力的持续供给。
当前,传统电力系统正面临两道难题。
第一道难题来自电力系统内部。不同于其他能源传输与分配系统,电力的生产与消费需要实时平衡。然而,一边是高比例间歇性新能源并网、电源出力的不确定性大幅增加,另一边是全社会用电需求持续增长、电力负荷峰谷差进一步拉大,这让电力供需平衡难度显著增加。
另一道难题来自系统外部。随着全球气候变化不断加剧,极端天气和自然灾害正呈现“频发、广发、强发、并发”态势,电力应急保供面临严峻挑战。
面对内外两重现实考验,加快建设更加坚强智能的“大网”、更加灵活自治的“小网”,正成为破解能源供需平衡难题、提升安全保供水平的重要支撑。
先看“大网”——智能电网,就是给传统电网的“躯干”装上大脑和神经。
通过先进的传感、通信和控制技术,将发、输、变、配、用各环节紧密连接起来,使电力系统实现能量流和信息流的高度融合。通过采集分析多源运行数据,智能电网像中枢神经系统一样感知风险态势,并利用辅助决策能力指导资源调度与应急处置,从而更加高效地防控风险。
这是如何做到的?以主动防御与快速恢复为例。
通过智能决策在线生成主动防御与快速恢复优化方案,指导实施预防控制、紧急控制和恢复控制。在事前,根据运行方式、网络拓扑、灾害预测场景等信息,制定运行方式微调策略,实现系统稳定边界扩张;在事中,快速切断故障传播路径,降低连锁故障风险,尽可能缩小影响范围;在事后,构建稳控协同与滚动优化的恢复方法,综合提升电力系统的恢复速度与效果。通过事前、事中、事后的协同应急,处置电力系统极端事件实现从“被动应对”到“主动迎战”的突破。
再看“小网”——微电网是由分布式电源、储能装置、负荷和控制设备组成的小型发配用电系统。微电网平时可以并入大电网协同运行,必要时也能够切换至离网模式,自给自足供应区域内的用电负荷。
这种特性使微电网成为提高末端供电灵活性和可靠性的重要方案,在城市园区、山区海岛、边防哨所、极地科考等各类场景均可应用。
一些工业园区积极探索绿色微电网,将光伏、储能、余热利用、氢能等综合应用于园区能源供应,不仅满足生产用能,缓解主网调峰压力,还可凭借绿电优势实现节能降碳和竞争力提升。
微电网的另一重价值在于提升“自愈力”。在偏远海岛、山区村落等地区,传统电网虽能覆盖,但存在网架建设薄弱、运维难度大、故障修复时间长等问题。
通过多类型分布式电源的互补协同等,微电网突破了传统复电方法单一依赖主网的局限,恢复资源由主网主导转向分布式资源协调。
我国正在推进探索“末端保供型微电网”,平时并网运行提高供电质量,一旦外部线路中断就自动孤岛运行,保障重要负荷不断电。例如,在浙江温州,鹿西岛的镇级微电网可在故障5秒内复电,大瞿岛的微电网能够在外部断供情况下独立供电3天。可以预见,随着技术进步和政策支持增加,微电网将扮演更加重要的角色,成为“平急两用”的新型应急保障单元。
说到底,智能电网增强“免疫力”,是为了在风险到来前更早识别、更好预防;微电网提升“自愈力”,则是为了在冲击发生后及时止损、更快恢复。而数智化技术的蓬勃发展,将为新型电力系统的迭代升级提供更大想象空间。
(作者为电工材料电气绝缘全国重点实验室主任、西安交通大学电气工程学院教授)