电力系统热点名词释义

微信扫码，打开到小程序

前言 在碳达峰、碳中和“双碳”目标下，新型电力系统建设加速推进， 传统电力系统在电源结构、运行特性、发展路径等方面面临前所未有 的变化与挑战。此外，能源电力行业出现了诸多新业态、新模式、新 概念，与国际相关学术组织、科研机构交流愈加密切，业界亟需统一 思想，规范电力系统相关名词解释的使用，确保学术用词的规范性和 严谨性，推动新型电力系统背景下相关科研工作高质量开展。 2023 年 12 月，中国电机工程学会电力系统专业委员会（下简称 “专委会”）名誉主任委员周孝信院士在专委会换届会议上提到，针对 当前电力系统领域容易混淆使用的名词、定义含混不明确的名词，有 必要开展名词释义工作，对前者要正本清源给出倡议、对后者要梳理 明确技术内涵和边界，从专业委员会的角度给出参考意见。周院士的 倡议得到了委员会全体委员的赞同。 2024 年 3 月，专委会组织成立了电力系统热点名词释义工作秘 书处，形成了《电力系统热点名词释义》编写工作方案。2024 年 4 月秘书处以问卷的形式，向专委会委员和行业内专家征集意见，收集 确定了待释义名词 37 个。2024 年 5 月，在专委会挂靠单位中国电力 科学研究院电力系统研究所（下简称“系统所”）的支持下成立了电力 系统热点名词释义工作组，对征集意见中热度最高的 12 个名词开展 名词释义的编写工作，并形成了初稿。通过会议研讨和书面反馈等形 式，工作组收集了专委会委员和系统所的专家意见，并对初稿进行了 多轮修改、补充、整理，于 2024 年 12 月形成了《电力系统热点名词 释义》（讨论稿）。 由于时间和水平所限，《电力系统热点名词释义》（讨论稿）难 免存在疏漏与不足，恳请各位专家和同仁批评指正。未来，我们将持 续推进该项工作，针对此前征集的其他名词以及新的热点名词，深入 开展释义编写和完善工作，不断提升内容的科学性与准确性，力求为 行业提供更具参考价值的成果。 中国电机工程学会电力系统专业委员会 2024 年 12 月 28 日 顾问组 组 长：周孝信 郭剑波 副组长：冯 凯 孙华东 刘映尚 吴 云 郭 强 鞠 平 成 员：丁 磊 马士聪 王成山 王 斌 王轶禹 文继锋 叶 林 刘一民 刘云峰 刘永奇 刘 强 许 涛 汤 奕 汤 涌 杜正春 李生虎 李明节 李庚银 李 勇 李 晖 余 锐 闵 勇 严 正 时伯年 张益国 肖先勇 范 越 庞 辉 周勤勇 项 丽 胡家兵 郭小江 郭 琦 徐 箭 黄志龙 黄 莹 符 杨 穆 钢 薛 峰 编写组 组 长：马士聪 周勤勇 副组长：韩家辉 李亚楼 赵 兵 马世英 李文锋 安 宁 成 员：王铁柱 李苏宁 王虹富 张国宾 杜 毅 毕经天 吴 萍 姜静雅 罗 魁 吴国旸 彭 丽 李再华 单熙雯 徐式蕴 侯玮琳 郭雅蓉 屠竞哲 宋瑞华 范士雄 荆逸然 朱艺颖 王姗姗 穆 清 田鹏飞 唐晓骏 贺海磊 徐浩田 目 录 弹性/韧性（Resilience，Resiliency）.................................................. 1 构网型控制技术（Rrid Forming（GFM）Control Technology）.... 5 电力系统强度（Power System Strength）.......................................... 9 新 能 源 极 高占 比 电 力 系 统 （Power System with Extremely High Proportion of New Energies）............................................................ 13 非同步机电源渗透率（System Non-Synchronous Penetration，SNSP） .............................................................................................................. 15 非常规状态（Power System Unconventional States）......................18 宽频振荡（Broadband Oscillation）................................................. 20 长周期储能技术 (Long Duration Energy Storage, LDES)...............24 混合直流（LCC-VSC Hybrid HVDC）............................................27 大电网全电磁暂态仿真（Large Power Grid Full Electromagnetic Transients Simulation）......................................................................32 电力系统仿真模型节点数（Number of Nodes in the Power System Simulation Model）.............................................................................39 虚拟电厂（Virtual Power Plant, VPP）............................................ 43 1 弹性/韧性（Resilience，Resiliency） 撰稿：张国宾、李苏宁、单熙雯 在电气工程领域，“韧性/弹性”均来源于英文 resilience 一词，指 的是电力系统在遭受低概率、高影响事件时，能够最大程度保障电力 系统运行安全及重要负荷供电安全的能力，涵盖事前准备、事中响应 和事后恢复的三个阶段，强调既要应对当前事件，也要考虑未来挑战。 从中文词义的角度来看:两者同样面向小概率、高风险的极端事件， 但弹性侧重于系统异常状态下的快速恢复能力，韧性侧重于系统面对 扰动时的极限耐受能力，但随着理论和技术研究的不断发展，两者概 念不断扩展融合，目前已同样可以涵盖系统完整响应过程。因此，本 报告推荐将二者作为同义词使用。 弹性、韧性作为一个跨学科概念，起源于材料力学，最早引入到 生态学和心理学，后逐渐扩展到社会学以及工业领域，后被引入生态 学和社会学，又进入电力系统领域。 在物理学和机械学上，弹性理论是描述一个物体在外力的作用下 如何运动或发生形变，韧性表示表示材料在塑性变形和破裂过程中吸 收能量的能力。在材料力学中，弹性对应 resilience，韧性对应 toughness， 前者主要用于描述材料发生弹性变形时存储弹性势能并恢复原状的 能力，后者主要用于描述材料受到使其发生形变的力时对折断的抵抗 能力。 在生态学和社会学中，弹性/韧性是指某一生态系统或社会系统 在面对外部强烈变化时在维持单一平衡态下或保持多个平衡态之间 相互转换的扰动承受能力。生态学和社会学中，弹性/韧性被进一步 阐述为“适应性循环”理论，即通过利用、保存、释放和重组四个阶段， 实现对外部冲击的逐步适应，推动系统的螺旋式发展。 2 在电力领域，弹性、韧性的英文翻译均为 resilience，即“恢复力”， 对电力系统弹性和韧性的定义一定程度上融合了工程学和生态学中 的概念。行业内各个机构也分别给出了具体解释。 国外方面，美国科学院 NAS 在《Enhancing the Resilience of the Nation's Electricity System 》 中 提出 ， “a resilient system is one that acknowledges that such outages can occur, prepares to deal with them, minimizes their impact when they occur, is able to restore service quickly, and draws lessons from the experience to improve performance in the future.” 美国能源部 DoE 提出，“The (resilience) ability of a power system and its components to withstand and adapt to disruptions and rapidly recover from them.” 美国电科院 EPRI 在《Enhancing Energy System Reliability And Resiliency In A Net-Zero Economy 2022 》 中 提 出 ， “power system resiliency is...the ability to withstand extreme (high impact, low frequency) events with minimal interruption to the supply of electricity and enabling a quick recovery...Resiliency can encompass the following forms: Damage Prevention, Easier Repair, Isolation and Reconfiguration,Recovery, Community Sustainability.” 美国联邦能源管理委员会 FERC 提出“The ability to withstand and reduce the magnitude and/or duration of disruptive events, which includes the capability to anticipate, absorb, adapt to, and/or rapidly recover from such an event.” 国际大电网组织 CIGRE Working Group SC C4.47 提出，“Power system resilience is the ability to limit the extent, severity, and duration of system degradation following an extreme event.”” 除此之外，美国西北太平洋国家实验室、美国桑迪亚国家实验室、 3 华盛顿大学、PJM 电力公司，英国国家基础设施委员会、牛津大学等 机构也对包括电力系统在内的基础设施系统弹性/韧性做出过类似解 释。 国内方面，以西安交通大学为代表，认为电力系统弹性（resilience， 常被译为“恢复力” ）是“电力系统针对小概率–高损失极端事件的预 防、抵御以及快速恢复负荷的能力”。除此之外，河海大学、浙江大 学、南方电网等高校和企业对电力系统弹性也有类似解释。 以北京交通大学为代表，认为“所有的（电力系统）韧性（resilience， 亦可译为‘弹性’或‘恢复力’）定义内涵基本一致，都包括系统的 两种核心特性，即应对大型扰动事件（如极端灾害等）的抵抗能力和 恢复能力。”“韧性电网是能够全面、快速、准确感知电网运行态势， 协同电网内外部资源，对各类扰动做出主动预判与积极预备，主动防 御，快速恢复重要电力负荷，并能自我学习和持续提升的电网。”除 此之外，清华大学、浙江大学、重庆大学、国网上海电力公司、国网 浙江电力公司等高校或企业对电力系统韧性也有类似解释。 虽然目前国内外电力行业不同机构对电力系统弹性、韧性的具体 定义存在差异，但整体上其核心理念基本一致，即弹性、韧性电力系 统在面对极端事件时具有一定程度的抵御能力、适应能力以及恢复能 力，抵御能力包含了“能够降低极端事件引发的系统故障概率及严重 程度”，适应能力包含了“系统受到破坏后仍然能够保持部分电网稳定 运行或重要用户基本供电需求”，恢复能力包含了“极端事件后系统在 相对较短的时间内恢复到与事前接近的运行水平和运行状态”。理念 上的一致性决定了弹性、韧性在研究方法上具有共通性。 从中文词义的角度来看:两者同样面向小概率、高风险的极端事 件，但弹性侧重于系统异常状态下的快速恢复能力，韧性侧重于系统 4 面对扰动时的极限耐受能力。 图 1 电力系统弹性与韧性的含义 随着理论和技术研究的不断发展，两者概念不断扩展融合，目前 已同样可以涵盖系统完整响应过程。因此，本报告推荐将二者作为同 义词使用。 参考文献： [1] EPRI.Enhancing Energy System Reliability And Resiliency In A Net-Zero Economy[R].2022. [2] NAS.Enhancing the Resilience of the Nation's Electricity System[R].2017. [3] GMLC.Enhancing Grid Modernization:Metrics Analysis[R].2018. [4] 别朝红，林雁翎，邱爱慈.弹性电网及其恢复力的基本概念与研究展望[J].电 力系统自动化,2015(39):1-16 [5] 鞠 平,王 冲.电力系统的柔性、弹性与韧性研究[J].电力自动化设备，2019（39） 1-4 [6] 阮 前 途 , 谢 伟 , 许 寅 . 韧 性 电 网 的 概 念 与 关 键 特 征 [J]. 中 国 电 机 工 程 学 报,2020(40):66-77. 5 构网型控制技术（Grid Forming（GFM）Control Technology） 撰稿：杜毅、姜静雅 构网型控制技术，使电力电子装备的并网变流器稳态与暂态工况 下均呈现电压源外特性，并具备电网电压与频率支撑、自同步运行、 孤立组网能力的一类控制技术，可应用于储能、柔性直流、风电和光 伏等装备。 自 20 世纪 80 年代以来，微电网领域的学者已经提出了“grid forming”概念。该概念表示主从控制框架下构建系统电压与频率的主 电源，其在孤岛模式下，通常采用 V/F 控制策略。 在 2000 年，卡塞尔大学太阳能供应技术研究所的学者首次提出 了对等控制方案，即有功频率下垂控制，以解决多个电压源并联运行 问题，并将采用该方案的分布式电源命名为“grid forming battery inverters”。 在 2012 年，奥尔堡大学的 Frede Blaabjerg 教授在《Control of Power Converters in AC Microgrids》中，从微电网的视角对众多控制 策略进行了分类与定义，包括：（1）GFM 控制技术，其典型策略为 V/F 控制;（2）馈网型（Grid Feeding, GFD）控制技术，其典型策略 为恒功率控制、最大功率点跟踪控等；电网支撑型（Grid Supporting， GST）控制技术，其又分为电压源型控制与电流源型控制模式两个子 类，其典型策略包含基于 PLL 的电流源型下垂控制与基于功率同步 机制的电压源型下垂控制。 欧盟 H2020 项目群中的 MASSIVE INTEGRATION OF POWER ELECTRONIC DEVICES （简称 MIGRATE）研究项目（2016 年-2019 年）将 Grid Forming 技术这一学术名词的适用范围从微电网应用为主 推广至存在大规模高比例新能源接入的电力系统。同时认为将 Grid 6 Forming 与现有新能源并网变流器控制技术（Grid Following）及其改 进技术相结合，可以提升大规模高比例新能源接入的电力系统稳定性， 进一步提高未来电力系统的新能源接入比例极限。 在 2020 年，奥尔堡大学王雄飞教授将基于检测电压实现并网同 步的控制定义为跟网型控制技术，而将采用功率同步机制的电压源型 控制定义为构网型控制技术。 在 2020 年，徐政教授团队引入了 GFM 概念到国内，并在《高 比例非同步机电源电网面临的三大技术挑战》中将电压源类控制策略 均定义为 GFM 技术，从而扩展了其适用范围。 在 2021 年，清华大学谢小荣团队在《电力系统变流器构网控制 技术的现状与发展趋势》一文中指出，构网型变流器采用与同步发电 机类似的功率同步控制策略，不需要借助锁相环即可实现并网同步。 在 2022 年，中国电力科学研究院秦世耀团队在《电压源型构网 风电机组研究现状及展望》一文中指出：类似于同步发电机，电压源 型构网控制多具备功率同步或惯性同步的特性，不仅可以自发地与电 网同步，无需额外的锁相环节，还可以主动地表现出对电网频率、电 压的响应和支撑。此外，顾名思义，电压源型构网控制通常也具备建 立电压和构建电网的能力，在能量供给充足时，可以独立地为负荷供 电。 在 2022 年末，南瑞继保电气有限公司詹长江总工在《构网型变 流器稳定性研究综述》一文中指出，通过借鉴同步发电机的物理机理， 不同学者在不同时期，从不同角度提出了构网型(grid-forming)变流器 的概念。尽管在不同文献中，构网型变流器控制架构的具体实现在细 节上有所差别，但它们均遵循着相同的本质, 即: 1)将变流器控制成电压源而非电流源。 7 2)通过控制变流器自身输出功率(或直流电压)而非仅采样外部交 流电网电压来实现同步。 上述两条核心控制思想保证了构网型变流器可以在不依赖外界 交流系统的情况下，自行构建交流侧输出电压。因此构网型变流器可 以孤岛运行，也可以接入极弱电网运行。 随后，在后续 GFM 技术相关综述论文中均指出 GFM 装备不仅 可以自发与电网同步，无需额外锁相环节，还能主动响应与支撑系统 电压与频率，并通常具备独立构建电网的能力。根据同步机制的不同， 当前的典型构网型控制技术如下图所示： 图 2 典型构网型控制技术 综上，不同学者在不同时期从多个角度对 GFM 概念进行了相关 定义。在工业界，由于世界各国电力系统发展阶段与需求的多样性， GFM 控制技术的精确定义同样存在困难。因此，从电网实际安全稳 定运行需求出发，将构网型定义为一类“使以变流器为接口的电力电 子装备呈现电压源外特性，并具备系统强度支撑、自同步运行、孤立 组网能力”的控制技术，同时包括“采用该技术的各类产品及解决方 案”。 参考文献： 8 [1] A. Engler. Control of parallel operating battery inverters. Photovoltaic Hybrid Power Systems Conference, Kassel, Germany, 2000. [2] A. Engler, C. Hardt, P.