【中国电科院系统所】2024复杂系统视角下新型电力系统认知与构建报告_24页_10mb

新型电力系统认知与构建总结

核心内容

本文从复杂系统视角出发，探讨了新型电力系统在转型过程中所面临的复杂性问题，并提出了一系列研究方向和方法，旨在建立新的研究体系，以应对电力系统在不确定性、强非线性、多层次性、开放性及高度耦合性等方面的挑战。

主要观点

• 复杂系统定义与特征：复杂系统是由大量异构单元组成，具有自组织行为和涌现性。电力系统具备这些特征，尤其在新能源大规模接入后，其复杂性进一步增强。
• 自组织临界与连锁故障：电力系统在演化过程中可能向自组织临界状态发展，微小扰动可能引发大停电事故。连锁故障是系统内部相互作用的涌现结果。
• 复杂系统视角的重要性：复杂系统视角提供了一种宏观、整体、不确定性的分析方法，有助于理解新型电力系统的整体行为和适应性。
• 新能源接入带来的挑战：新能源的随机性、波动性和间歇性，叠加外部极端事件，使得系统运行方式多样化，故障场景难以预测。
• 规划原则与边界问题：新型电力系统形态复杂，尤其在跨区交直流工程投运后，难以科学划分网络结构和确定规划边界。
• 技术发展与复杂性应对：新兴技术如人工智能为复杂系统问题提供了新的数据基础和工具支撑，有助于建立新的风险评估和预测方法。
• 研究目标与方法：新型电力系统复杂性研究的目标是建立新的研究方法体系，包括概率风险与宏观风险评估、系统构网条件与规划原则、连锁故障阻断与运行控制等。

关键信息

电力系统复杂性特征

• 异质性：系统由大量异构元件构成。
• 层次性：元件间存在多样的互联结构，构成多层子系统。
• 非线性：大量电力电子开关过程与传统电网动态过程交织。
• 开放性：电力系统与外部环境、能源市场、社会系统相互影响。

新型电力系统面临的问题

• 安全风险趋势难以预判：由于新能源的随机性和外部不确定性，系统运行方式多样化，故障场景难以枚举。
• 规划原则与边界难以确定：系统形态演变复杂，传统分区概念被打破，难以科学划分网络结构。
• 控制难题：分布式电源接入打破了原有分层调度结构，局部调控与整体稳定性矛盾突出。

研究成果与应用

• 郭剑波院士团队：早在本世纪初就将复杂性理论应用于电力系统安全研究，揭示了停电事故的自组织临界特征，建立了相关模型。
• 风险评估与预测：通过历史数据分析和复杂性理论，建立新型电力系统演化模型，识别系统进入自组织临界状态的关键指标，开展停电事故趋势预测。
• 新兴技术支撑：人工智能等技术为复杂系统分析提供了新的思维范式和工具，有助于实现宏观特性分析和风险预测。

研究方向与展望

• 宏观体系构建：依赖于“四诊”方法，注重系统整体特性与行为。
• 微观体系研究：通过实验室测试和医学影像等方法，研究系统内部机制。
• 科技创新是根本：解决复杂性问题的根本在于科技创新，短期内仿真仍然不可替代。
• 安全是永恒主题：电力系统的基本特征不会改变，安全始终是核心目标。

结论

本文强调了复杂系统理论在新型电力系统研究中的重要性，指出传统方法难以应对新型电力系统的复杂性挑战。通过引入复杂性科学和新兴技术，提出了新的研究方法和思路，以期在安全、经济、环境等多重目标下，构建更加智能、灵活和可靠的新型电力系统。