[科普中國(guó)]-高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化

背景

為了應(yīng)對(duì)氣候變化和環(huán)境污染，世界主要國(guó)家能源電力系統(tǒng)正處于清潔化、低碳化和智能化轉(zhuǎn)型時(shí)期。構(gòu)建以電為中心的全新能源供應(yīng)格局，電網(wǎng)向集能源開發(fā)、輸送、配置、使用于一體的能源互聯(lián)網(wǎng)演化，正逐漸成為全球共識(shí)和目標(biāo)方向。未來，電力系統(tǒng)在電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲(chǔ)能等環(huán)節(jié)，以及信息通信等方而技術(shù)不斷進(jìn)步、模式持續(xù)創(chuàng)新，系統(tǒng)形態(tài)結(jié)構(gòu)特征將呈現(xiàn)急劇變化。

近年來，能源電力的技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用進(jìn)入了高度活躍期，各國(guó)相繼出臺(tái)能源領(lǐng)域技術(shù)規(guī)劃，如美國(guó)的《全而能源戰(zhàn)略》團(tuán)，歐洲的《能源路線圖2050》，日本的《能源環(huán)境技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略2050》,韓國(guó)的《能源新產(chǎn)業(yè)與核心技術(shù)研發(fā)戰(zhàn)略(2015-2017年)》，中國(guó)的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016-2030年)戶》、《能源技術(shù)革命重點(diǎn)創(chuàng)新行動(dòng)路線圖》和《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》等。能源清潔、低碳利用技術(shù)創(chuàng)新是各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)，都突出可再生能源在能源供應(yīng)中的主體地位。

未來電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)預(yù)測(cè)也是研究熱點(diǎn)，其關(guān)注重點(diǎn)是進(jìn)一步加強(qiáng)電網(wǎng)互聯(lián)，提高清潔能源消納比例和電氣化水平。2015年，日本政府成立廣域系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)(OCCTO),2016年，美國(guó)能源部公布電網(wǎng)現(xiàn)代化新藍(lán)圖，歐洲輸電聯(lián)盟發(fā)布其第四版十年電網(wǎng)規(guī)劃，英國(guó)能源與氣候變化部委托IET研究其未來電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，中國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、國(guó)家能源局發(fā)布《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》。在清潔發(fā)展目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，電力系統(tǒng)的發(fā)展格局呈現(xiàn)了多樣性特征，源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)各個(gè)環(huán)節(jié)急劇變化，信息通信技術(shù)與物理系統(tǒng)的深度融合成為關(guān)鍵趨勢(shì)。

與以往歷次技術(shù)革命不同，外部的驅(qū)動(dòng)因素成為當(dāng)前能源電力科技發(fā)展的重要推動(dòng)力。無論是化石能源枯竭，還是氣候變化，都促使能源電力系統(tǒng)加快轉(zhuǎn)型。與科技創(chuàng)新這一內(nèi)部驅(qū)動(dòng)因素的作用機(jī)制不同，外部驅(qū)動(dòng)帶來的系統(tǒng)變革往往是突變性的，而非連續(xù)漸變模式。因此，在外部驅(qū)動(dòng)力主導(dǎo)下的能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)演化機(jī)理，是一個(gè)新課題。在低碳化、清潔化發(fā)展趨勢(shì)下，高比例新能源將成為未來電力系統(tǒng)的關(guān)鍵特征，而這一特征將導(dǎo)致整個(gè)能源電力系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)、相應(yīng)的規(guī)劃方法及運(yùn)行方式發(fā)生重大變化。

對(duì)未來高比例可再生能源電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)演化和電力預(yù)測(cè)方法的研究理論框架進(jìn)行闡述。首先分析了電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的內(nèi)涵及其要素，然后從公共驅(qū)動(dòng)力、市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力和技術(shù)驅(qū)動(dòng)力三方而建立了其形態(tài)演化的驅(qū)動(dòng)力模型，再結(jié)合高比例可再生能源發(fā)展趨勢(shì)分析其對(duì)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響，建立高比例可再生能源驅(qū)動(dòng)的電力系統(tǒng)形態(tài)演化模型。圍繞高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)演化機(jī)理和復(fù)雜多重不確定性運(yùn)行場(chǎng)景下的電力預(yù)測(cè)理論兩個(gè)科學(xué)問題，提出了高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)演化及電力預(yù)測(cè)的理論研究框架和實(shí)施方案12。

電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)及其演化模型電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的內(nèi)涵及其要素一般而言，“結(jié)構(gòu)”側(cè)重于描述系統(tǒng)各部分的具體連接關(guān)系，而“形態(tài)”則側(cè)重于系統(tǒng)特征抽象指標(biāo)的表征，兩者共同構(gòu)成對(duì)系統(tǒng)的完整描述。電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)，是指電力系統(tǒng)的組成設(shè)備及其參與者的連接組織形式及交互作用方式。電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的內(nèi)涵與要素如右圖所示，包括對(duì)電源、電網(wǎng)、負(fù)荷及二次系統(tǒng)的完整描述。

電網(wǎng)包括輸電和配電部分，但隨著分布式電源的接入比例提升，輸配電網(wǎng)絡(luò)的界限將越來越不清晰;電源除了傳統(tǒng)電源和可再生能源之外，電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能也可視為一種靈活調(diào)節(jié)電源納入系統(tǒng)運(yùn)行;負(fù)荷側(cè)將涌現(xiàn)多種新設(shè)施，具備主動(dòng)響應(yīng)能力和雙向互動(dòng)能力，從而使得用戶參與系統(tǒng)運(yùn)行成為可能;二次系統(tǒng)以通信信息技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度、保護(hù)、控制、交易的綜合優(yōu)化運(yùn)行。事實(shí)上，電力作為潔凈優(yōu)質(zhì)二次能源，在整個(gè)能源系統(tǒng)中占據(jù)日趨重要的地位，其結(jié)構(gòu)形態(tài)也需要納入整個(gè)能源系統(tǒng)形態(tài)中進(jìn)行整體考量。從能源系統(tǒng)形態(tài)來看，當(dāng)前電力形態(tài)的關(guān)鍵熱點(diǎn)是“兩個(gè)替代”，即能源生產(chǎn)的清潔替代和能源消費(fèi)的電能替代，從而提升整個(gè)能源系統(tǒng)的電氣化水平，降低對(duì)化石能源的依賴程度，提高可持續(xù)發(fā)展能力13。

電力系統(tǒng)形態(tài)演化的驅(qū)動(dòng)力電力系統(tǒng)形態(tài)演化的驅(qū)動(dòng)力主要來源于三個(gè)方而，即公共驅(qū)動(dòng)因素、市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素和技術(shù)驅(qū)動(dòng)因素。

公共驅(qū)動(dòng)因素主要反映國(guó)家層而的戰(zhàn)略需求，包括現(xiàn)代化進(jìn)程、資源環(huán)境約束、氣候變化與低碳經(jīng)濟(jì)、國(guó)家安全等四個(gè)方面。

市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素主要反映產(chǎn)業(yè)和企業(yè)層而的戰(zhàn)略需求，包括市場(chǎng)化改革進(jìn)程，能源系統(tǒng)優(yōu)化，產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的輻射、拉動(dòng)和集聚效應(yīng)，現(xiàn)代企業(yè)制度的發(fā)展與變革等四個(gè)方面。

技術(shù)驅(qū)動(dòng)因素主要源于電力系統(tǒng)發(fā)展而臨的技術(shù)挑戰(zhàn)和機(jī)遇，當(dāng)前的主要熱點(diǎn)有通信信息技術(shù)與“物聯(lián)網(wǎng)”、清潔能源與儲(chǔ)能技術(shù)、非化石燃料交通能源技術(shù)、新材料技術(shù)(重點(diǎn)包括先進(jìn)電力電子技術(shù)和超導(dǎo)電力技術(shù)等)等。

不同時(shí)間、環(huán)境下，電力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力作用大小和模式存在差別。以技術(shù)為主的驅(qū)動(dòng)模式下，是一種由內(nèi)而外的演化方式，新技術(shù)替代舊技術(shù)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵性能指標(biāo)提升，是一種漸變式發(fā)展，整個(gè)形態(tài)演變可預(yù)測(cè)程度較高。而公共驅(qū)動(dòng)因素則是一種外部壓力驅(qū)動(dòng)模式，其作用力強(qiáng)大，往往導(dǎo)致一種躍遷式發(fā)展模式，整個(gè)體系可能被重構(gòu)，形態(tài)演變可預(yù)測(cè)程度較低乃至完全不可預(yù)期。市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素的作用力介于其間，一方而市場(chǎng)化改革有助于還原電力商品屬，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置;但另外一方而，電網(wǎng)的社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)屬性，決定了自然壟斷性和非完全盈利性4。

高比例可再生能源電力系統(tǒng)形態(tài)演化模型高比例可再生能源波動(dòng)特征及其影響風(fēng)電和光伏是當(dāng)前技術(shù)最成熟的可再生能源發(fā)電技術(shù)。這兩類電源都具有很強(qiáng)的波動(dòng)性、隨機(jī)性，往往被統(tǒng)稱為波動(dòng)電源(variable generation, VU)。有文獻(xiàn)對(duì)世界各地的大規(guī)模風(fēng)電出力和系統(tǒng)凈負(fù)荷(負(fù)荷與風(fēng)電出力之和)的波動(dòng)性進(jìn)行了多年統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)全球可按風(fēng)電波動(dòng)性低、中、高劃分為三類地區(qū)，瑞典、西班牙和德國(guó)屬于風(fēng)電低波動(dòng)地區(qū)，葡萄牙、愛爾蘭、芬蘭和丹麥屬于風(fēng)電中波動(dòng)地區(qū)，北美的魁北克、邦納維爾電力局、德州可靠性管委會(huì)轄區(qū)，中國(guó)的甘肅、吉林和遼寧，挪威，丹麥的海上風(fēng)電屬于風(fēng)電高波動(dòng)區(qū)。低波動(dòng)區(qū)每小時(shí)風(fēng)電爬坡功率不超過額定容量的10%，而高波動(dòng)區(qū)每小時(shí)風(fēng)電爬坡功率可達(dá)額定容量的30%。

光伏出力具有顯著的晝夜周期性。在太陽(yáng)能資源富集的美國(guó)加州地區(qū)，高比例光伏并網(wǎng)導(dǎo)致其凈負(fù)荷呈現(xiàn)“鴨型曲線”，即春季凈負(fù)荷在中午急劇下降而成為全日低谷負(fù)荷點(diǎn)，且這種趨勢(shì)隨著光伏接入比例升高而加劇，預(yù)計(jì)到2020年將需要系統(tǒng)具有3h內(nèi)13 000 MW的爬坡調(diào)節(jié)能力方可保證不棄光。

風(fēng)電、光伏等波動(dòng)電源的波動(dòng)特性源于一次資源。風(fēng)光資源是一種過程能源，不可存儲(chǔ)、不易控制，在不同時(shí)間尺度、不同空間范圍，呈現(xiàn)不同的波動(dòng)特性。

可見，在高比例可再生能源并網(wǎng)的未來電力系統(tǒng)，電源波動(dòng)甚至超過了負(fù)荷波動(dòng)而成為系統(tǒng)不確定性的主要來源。而如何應(yīng)對(duì)這種電源和負(fù)荷的雙不確定性，也成為系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行的核心問題。北美電力可靠性組織(North American Reliability Council, NERC)研究提出，為了消納風(fēng)電、光伏、海洋能和小水電，北美電力系統(tǒng)的傳統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行方法要進(jìn)行巨大變革，具體包括以下幾個(gè)方面5。

1)開發(fā)多種類型的波動(dòng)電源，在廣域空間尺度內(nèi)平衡一次資源，并采用先進(jìn)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)波動(dòng)電源的功率爬坡和電壓控制性能。

2)適應(yīng)高比例波動(dòng)電源并網(wǎng)，電網(wǎng)輸變電設(shè)施需要顯著增加，保障源荷間功率交換和輔助服務(wù)。

3)新增儲(chǔ)能和可控負(fù)荷，如需求響應(yīng)、電動(dòng)汽車、大規(guī)模儲(chǔ)能，有助于平衡波動(dòng)電源的靈活調(diào)節(jié)需求。

4)提升波動(dòng)電源的出力測(cè)量和預(yù)測(cè)精度是保障整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行和規(guī)劃可靠性的關(guān)鍵。

5)輸配電網(wǎng)需要更加協(xié)調(diào)地綜合規(guī)劃。

6)需要擴(kuò)大供需平衡區(qū)域規(guī)模以獲得更好的波動(dòng)電源消納能力。

高比例可再生能源電力系統(tǒng)形態(tài)演化模型高比例可再生能源帶來的不確定性，是電力系統(tǒng)形態(tài)演化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。

高比例可再生能源驅(qū)動(dòng)的電力系統(tǒng)形態(tài)演化模型如右圖所示。

歐洲、美國(guó)和中國(guó)分別提出2050年實(shí)現(xiàn)100%，80%，60%可再生能源電力系統(tǒng)藍(lán)圖。全新場(chǎng)景下，電力系統(tǒng)特征將發(fā)生顯著變化，隨機(jī)波動(dòng)的風(fēng)能和太陽(yáng)能成為主力電源，基本取消“基荷”發(fā)電廠，常規(guī)火電機(jī)組在日內(nèi)啟停，并通過水電廠、燃?xì)怆姀S、儲(chǔ)能等靈活資源調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)可再生能源隨機(jī)波動(dòng)性的互補(bǔ)，靈活性成為規(guī)劃和運(yùn)行關(guān)注的核心問題。

源端的主要趨勢(shì)是電源清潔化。風(fēng)電/光伏等可再生能源大力發(fā)展(局地發(fā)電量占比超過30%,水電充分開發(fā)，火電定位調(diào)整，逐步參與調(diào)峰，核電穩(wěn)步發(fā)展，從而形成一種全新的高度清潔化電源格局。

電網(wǎng)的關(guān)鍵特征是電力電子化。遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)和就地平衡供電網(wǎng)絡(luò)因地制宜，差異化并存，交直流混聯(lián)輸電網(wǎng)廣泛應(yīng)用，配電網(wǎng)中多類型新設(shè)備涌現(xiàn)，直流配電技術(shù)得以快速發(fā)展。

負(fù)荷呈現(xiàn)多重不確定性。分布式電源、電動(dòng)汽車、分布式儲(chǔ)能和雙向負(fù)荷的涌現(xiàn)和接入比例不斷提升，整個(gè)系統(tǒng)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”互動(dòng)藕合特性凸顯，不確定性成為規(guī)劃和運(yùn)行而臨的核心問題1。

科學(xué)問題剖析及研究?jī)?nèi)容以綠色發(fā)展為目標(biāo)，中國(guó)即將步入可再生能源大規(guī)模集群并網(wǎng)、高滲透率分散接入并重的高比例發(fā)展階段，電力系統(tǒng)形態(tài)將發(fā)生巨大改變，而且這種形態(tài)演化以外部驅(qū)動(dòng)力主導(dǎo)，其演化路徑及模擬模型成為首要的科學(xué)問題;而源荷不確定性的劇增，廣義的電力預(yù)測(cè)方法又成為一個(gè)關(guān)鍵的科學(xué)問題。下面具體闡述這兩個(gè)科學(xué)問題。

高比例可再生能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化機(jī)理問題高比例可再生能源場(chǎng)景下電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的演化機(jī)理問題，需要探索以清潔低碳化目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的未來能源和電力格局變化趨勢(shì)及其演化機(jī)理，以及在低碳清潔發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)下的電力系統(tǒng)輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)及其演化機(jī)理。具體而言，包括構(gòu)建而向中遠(yuǎn)期可再生能源的能源發(fā)展規(guī)劃和電源規(guī)劃模型，構(gòu)建能源一電源系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)形態(tài)及布局場(chǎng)景；提出輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)特征集及評(píng)估方法，構(gòu)建適應(yīng)高比例可再生能源集群送出的輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)、高滲透率分布式電源和儲(chǔ)能接入的配電網(wǎng)形態(tài)。

1)而向中遠(yuǎn)期低碳化發(fā)展的能源電力格局及演化機(jī)理

研究涵蓋“低碳目標(biāo)-環(huán)境及經(jīng)濟(jì)性約束-內(nèi)生增長(zhǎng)動(dòng)力”的全角度能源規(guī)劃優(yōu)化模型;探索清潔低碳化目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，中遠(yuǎn)期中國(guó)能源格局變化趨勢(shì)及特征;建立納入高比例可再生能源時(shí)空分布特性、分布式能源與雙向互動(dòng)特性的儲(chǔ)能等多類型、技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性差異化的電源規(guī)劃模型；探索未來電源系統(tǒng)空間協(xié)同發(fā)展與時(shí)間動(dòng)態(tài)演變過程、機(jī)理;提出能源-電力格局評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并構(gòu)建2030年和2050年的能源-電源系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)形態(tài)及布局場(chǎng)景。

2)高比例可再生能源與高度電力電子化條件下輸配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)及演化模式

研究影響未來輸配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的關(guān)鍵因素及作用機(jī)理，交流/直流/交直流等輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)對(duì)高比例可再生能源集群送出的適應(yīng)性，高滲透率可再生能源、儲(chǔ)能和互動(dòng)負(fù)荷靈活接入的配電網(wǎng)形態(tài)特性，高比例可再生能源在輸配電網(wǎng)協(xié)同接入及優(yōu)化配比，以及高比例可再生能源和高度電力電子化條件下的輸配電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)形態(tài)及布局場(chǎng)景。

復(fù)雜多重不確定性運(yùn)行的電力預(yù)測(cè)科學(xué)問題高比例可再生能源帶來的多時(shí)空強(qiáng)不確定性，使得電力預(yù)測(cè)方法成為一個(gè)科學(xué)問題，具體而言，包括廣義負(fù)荷特性及其互動(dòng)藕合機(jī)理、多時(shí)空電力預(yù)測(cè)理論與評(píng)估方法兩個(gè)方面。

1)復(fù)雜多重不確定性場(chǎng)景下廣義負(fù)荷特性及其互動(dòng)藕合機(jī)理研究

研究含分布式新能源、儲(chǔ)能、主動(dòng)負(fù)荷等廣義負(fù)荷的結(jié)構(gòu)辨識(shí)與解析方法;建立高比例可再生能源與電力需求的互動(dòng)藕合模型與主動(dòng)負(fù)荷挖掘技術(shù);探索復(fù)雜多重不確定性場(chǎng)景下多時(shí)空尺度的負(fù)荷曲線形態(tài)與特性的演變與轉(zhuǎn)移規(guī)律;構(gòu)建電價(jià)、氣象、電源結(jié)構(gòu)與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等因素與廣義負(fù)荷特性變化的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)模型及多時(shí)空負(fù)荷響應(yīng)特性。

2)而向可再生能源并網(wǎng)的多時(shí)空電力預(yù)測(cè)理論與評(píng)估方法研究 研究而向“用戶-饋線-母線-系統(tǒng)”的電力需求及空間負(fù)荷預(yù)測(cè)方法;研究“實(shí)時(shí)-短期-中期-長(zhǎng)期”電力動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)預(yù)測(cè)方法，構(gòu)建不同時(shí)間尺度下電力預(yù)測(cè)的閉環(huán)協(xié)調(diào)策略;探索描述不同時(shí)空尺度可再生能源和負(fù)荷、預(yù)測(cè)誤差、波動(dòng)等不確定特性的區(qū)間預(yù)測(cè)與概率預(yù)測(cè)方法;建立而向可再生能源消納的電力預(yù)測(cè)評(píng)估方法，并提出考慮預(yù)測(cè)誤差大小、分布及其相關(guān)性的最優(yōu)組合協(xié)調(diào)預(yù)測(cè)理論。

研究方案與主要方法構(gòu)想根據(jù)上述的科學(xué)問題，高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)演化及電力預(yù)測(cè)的研究體系可分解為而向中遠(yuǎn)期低碳化發(fā)展的能源電力格局及演化機(jī)理、高比例可再生能源與高度電力電子化條件下輸配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)及演化模式、復(fù)雜多重不確定性場(chǎng)景下廣義負(fù)荷特性及其互動(dòng)藕合機(jī)理、而向可再生能源并網(wǎng)的多時(shí)空電力預(yù)測(cè)理論與評(píng)估方法等四個(gè)研究點(diǎn)，其研究體系分別描述如下。

面向中遠(yuǎn)期的能源格局及演化機(jī)理在研究中首先構(gòu)建以低碳發(fā)展為目標(biāo)的能源和電力系統(tǒng)規(guī)劃模型，模型納入高比例可再生能源時(shí)空分布特性、供給特點(diǎn)，以及分布式能源與雙向互動(dòng)儲(chǔ)能模塊等，采用隨機(jī)生產(chǎn)模擬和競(jìng)爭(zhēng)性投資決策相結(jié)合的雙層規(guī)劃思路，解決大規(guī)?？稍偕茉唇尤牒竽茉春碗娏ο到y(tǒng)規(guī)劃所而臨的多重不確定性及格局演化建模與表征問題。

輸配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)及演化模式高比例可再生能源與高度電力電子化條件下輸配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)及演化模式的研究體系及思路如圖所示。

輸電網(wǎng)形態(tài)部分側(cè)重研究其對(duì)高比例可再生能源集群送出的適應(yīng)性，主要針對(duì)中國(guó)大型可再生能源基地的實(shí)際背景開展研究。而配電網(wǎng)形態(tài)特性則與可再生能源、互動(dòng)負(fù)荷、儲(chǔ)能等的技術(shù)特征和接入比例緊密藕合，可能呈現(xiàn)出完全不同的特性?？紤]到可再生能源集中接入和分散接入并重，需要研究高比例可再生能源在輸配電網(wǎng)的協(xié)同接入及優(yōu)化配比。

不確定廣義負(fù)荷特性及其互動(dòng)藕合機(jī)理復(fù)雜多重不確定性場(chǎng)景下廣義負(fù)荷特性及其互動(dòng)藕合機(jī)理的研究體系及思路如圖所示。

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立源荷關(guān)聯(lián)的廣義負(fù)荷概念，從結(jié)構(gòu)辨識(shí)、演變機(jī)理、響應(yīng)特性和互動(dòng)藕合四個(gè)方而研究其特性和藕合機(jī)理。結(jié)構(gòu)辨識(shí)廣泛收集不同類別的負(fù)荷數(shù)據(jù)，采用結(jié)構(gòu)辨識(shí)與數(shù)據(jù)挖掘的方法，分析負(fù)荷特性、負(fù)荷與外界影響因素的關(guān)聯(lián)關(guān)系、負(fù)荷時(shí)空響應(yīng)特性、在不同市場(chǎng)規(guī)則下不同用戶的響應(yīng)特性等;演變機(jī)理則研究長(zhǎng)期行業(yè)電量與經(jīng)濟(jì)關(guān)聯(lián)聯(lián)動(dòng)特性，研究未來產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、供給側(cè)改革、人口增長(zhǎng)對(duì)各個(gè)行業(yè)的負(fù)荷需求和負(fù)荷特性的影響，并識(shí)別不同行業(yè)負(fù)荷之間的傳遞或者協(xié)同的內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系;響應(yīng)特性研究負(fù)荷、新能源發(fā)電在電力市場(chǎng)環(huán)境下多維變量(時(shí)間、空間、交易規(guī)則等)下的響應(yīng)特性，構(gòu)建不同類別負(fù)荷、可再生能源發(fā)電與電價(jià)波動(dòng)、氣象因素的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)解析模型。關(guān)聯(lián)關(guān)系側(cè)重研究短時(shí)用電需求、可再生能源發(fā)電、氣象、電力市場(chǎng)等的關(guān)聯(lián)特性研究，研究不同行業(yè)、區(qū)域內(nèi)負(fù)荷對(duì)氣象、電價(jià)、能源結(jié)構(gòu)變化，以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整(高比例/高滲透率可再生能源分布式電源)等外在因素的敏感性。

可再生能源并網(wǎng)的電力預(yù)測(cè)理論與評(píng)估方法面向可再生能源并網(wǎng)的多時(shí)空電力預(yù)測(cè)理論與評(píng)估方法的研究體系和思路如圖所示。

復(fù)雜多重不確定性場(chǎng)景及其多時(shí)空尺度預(yù)測(cè)理論的研究是核心，構(gòu)建而向用戶-饋線-母線-系統(tǒng)、實(shí)時(shí)-短期-中期-長(zhǎng)期的可再生能源與需求互動(dòng)的多時(shí)空電力預(yù)測(cè)模型，提出考慮預(yù)測(cè)誤差相關(guān)性的區(qū)間預(yù)測(cè)與概率預(yù)測(cè)，考慮高比例可再生能源消納的預(yù)測(cè)評(píng)估與最優(yōu)組合協(xié)調(diào)預(yù)測(cè)理論。

結(jié)語(yǔ)在能源革命背景下，未來高比例可再生能源電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)將會(huì)發(fā)生巨大改變。對(duì)電力系統(tǒng)形態(tài)演化和電力預(yù)測(cè)方法的研究理論框架進(jìn)行綜述，首先分析了電力系統(tǒng)形態(tài)結(jié)構(gòu)的內(nèi)涵及其要素，然后從公共驅(qū)動(dòng)力、市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力和技術(shù)驅(qū)動(dòng)力三方而建立了其形態(tài)演化的驅(qū)動(dòng)力模型，再結(jié)合高比例可再生能源發(fā)展趨勢(shì)分析其對(duì)電力系統(tǒng)形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響，建立高比例可再生能源驅(qū)動(dòng)的電力系統(tǒng)形態(tài)演化模型。

圍繞高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)演化機(jī)理和復(fù)雜多重不確定性運(yùn)行場(chǎng)景下的電力預(yù)測(cè)理論兩個(gè)科學(xué)問題，高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)演化及電力預(yù)測(cè)的研究體系可分解為而向中遠(yuǎn)期低碳化發(fā)展的能源電力格局及演化機(jī)理、高比例可再生能源與高度電力電子化條件下輸配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)及演化模式、復(fù)雜多重不確定性場(chǎng)景下廣義負(fù)荷特性及其互動(dòng)藕合機(jī)理、面向可再生能源并網(wǎng)的多時(shí)空電力預(yù)測(cè)理論與評(píng)估方法等四個(gè)方面開展研究，對(duì)其研究體系進(jìn)行了詳細(xì)闡述。