隨著風能、太陽能等新能源電力在電力系統中比重的增加,傳統電力系統的結構特性、運行控制方式將產生根本性的變革,從而形成新能源電力系統。

解決人類未來的能源問題將依賴于新能源電力，新能源電力安全、高效的生產與利用將是新能源時代永恒的主題。

電力是能源利用的基本形式

迄今為止，電力是能源利用的基本形式：

首先，各類一次能源，包括化學能、熱能、動能、核能等能量轉化為電能之后才能被方便利用。

其次，電力可以規模化生產、遠距離傳輸和大范圍優化配置。

第三，電力呈現給受端用戶時，是一種清潔、便捷、安全的理想能源形式。

第四，人們生產、生活各個領域所使用的各類設備和產品需要持續優質的電能提供保障。

新能源電力的發展現狀及前景

近年來，隨著科學技術的日新月異，新能源電力發展越來越迅速，目前已初具規模。據統計：2011年，世界可再生能源發電新增裝機容量約占所有新增裝機容量的一半以上。其中，作為新能源典型代表的風力發電和光伏發電新增裝機容量分別占總裝機的40%和30%。增幅明顯;截至2011年底，世界新能源(即非水可再生能源)發電裝機容量約為390GW，同比增長24%。在發電量的統計中，世界可再生能源發電增長也超過了平均電量增長水平，達到17.7%，其中風電增長了25.8%，在可再生能源發電中所占比例首次過半。

圖1世界風電總裝機容量及增長情況

(數據來源：全球風能理事會GWEC)

根據美國能源信息署(U.S.EnergyInformationAdministration,EIA)的預測，到2035年全球新能源發電和水力發電等可再生能源的總發電量每年將會有2.7%的增幅，高于煤炭、天然氣和石油等其他能源發電增長比例。其中，太陽能發電的裝機容量增幅最為明顯，平均每年8.3%，風電機組的年增長率為5.7%，地熱能為3.7%，水電為2.0%，其它可再生能源比如廢木材料、廢氣(沼氣)和農業秸稈等的每年的增幅比例為1.4%。

因此，未來很長一段時期內，各類新能源發電將迎來大規模發展時期。但從目前各類新能源發展的技術成熟度和成本來看，風力發電和太陽能發電無疑最具發展潛力。

圖2我國近十年風力發電裝機容量陡增曲線圖

(數據來源：中國風能協會,ChineseWindEnergyAssociation,CWEA)

圖3世界太陽能發電總裝機容量及增長情況

(數據來源：英國石油公司，BritishPetroleum，BP)

以風力發電、太陽能發電為代表的新能源發電將成為人類解決化石能源枯竭以及環境污染、氣候變化等問題的關鍵，新能源電力的規模化開發利用將是大勢所趨。

綜合新能源電力的發展現狀以及未來新能源電力的發展規劃來看，新能源電力在電源結構布局中的比例將逐步增加，以化石能源為一次能源的傳統發電比例將逐漸降低。盡管如此，在未來相當長的時間內，傳統化石能源在整個能源結構中的主導地位仍然不會改變。圖4給出了我國2015~2050年發電裝機構成的規劃及預測，由此可見，未來幾十年我國仍將處于一種傳統能源與新能源此消彼長的“混合能源時期”，新能源將由現在的輔助能源、補充能源逐步過渡成為主導能源、替代能源。

圖4我國2015~2050年發電裝機容量構成規劃

新能源電力系統及其特征

隨著以風電、太陽能發電等新能源電力的開發利用，接入電網的新能源電力比重日益提高。眾所周知，電力的基本特征是難以大規模儲存，電力的生產與消費必須同步進行。電力系統通過統一的調度指揮，使電力的生產跟隨負荷需求的變化，保證電能的實時供需平衡。對于傳統的電力系統來說，電力調度中心根據用戶負荷需求變化對發電單元發出調度指令，發電單元執行自動發電控制(AutomaticGenerationControl，AGC)調度指令改變發電負荷，滿足用戶負荷需求，維持電網安全穩定，保證電能質量。當發電側的可調度容量難以達到負荷側需求以及發生可能影響電網安全穩定的情況時，電力調度中心將采取切除用戶負荷等措施，保證電網安全穩定運行。

對于傳統的火電、水電、核電、油/氣發電而言，發電單元一般具有良好的可調度性能。發電機組在一定的容量范圍內可以按照電網調度AGC指令變更發電功率。因此，在發電裝機容量可滿足用戶最大負荷的前提下，整個電力系統是可調可控的。

風電、太陽能發電區別于傳統發電的一個重要特征在于它的隨機波動性。由于產生電力的一次能源來自于自然界空氣的流動與太陽光的輻射，不僅不可儲存，而且受到季節、氣候和時空等的影響，具有很強的隨機波動性和間歇性，因此，對于具有一定裝機容量的新能源發電單元來說，其實際出力首先取決于現時刻的風力、太陽光強度的約束。當風電、太陽能發電規模化接入電網后，電力系統就必須在隨機波動的發電側與隨機波動的負荷側之間實現電力的供需平衡，保持電網的安全穩定。如圖5所示。

圖5電力系統電能實時供需平衡示意圖

新能源電力的另外一個重要特征在于它的能量密度低。例如：當風速為3m/s時，其能量密度為20W/m2左右，而太陽能即使是在天氣晴朗的正午，太陽垂直投射到地球表面的能量密度僅為1000W/m2左右，這樣使得新能源發電設備的單機容量不可能過大。大量的小容量發電機組接入電網，使電力系統受控發電單元呈爆炸性增長趨勢。截至2012年底，我國火電機組累計裝機819.17GW，單機6MW及以上的火電機組總數約為6600臺;同期，風電機組的裝機總量僅為75.324GW，裝機數量卻達到了53764臺，超過了火電機組數量的8倍。按照我國風電裝機2020年將達到200~300GW的預期，以目前風電的平均單機裝機容量來計算，到時需要并入電網的風電機組數量將達到14萬至21萬臺!

隨著新能源電力的規模化開發和電網中新能源電力比重的增加，使傳統電力系統的基本特征發生了顯著的變化，主要體現在以下幾個方面：隨機性、可控性、安全性、整體性、智能化。進而將推動電力系統的結構形態、運行控制方式以及規劃建設與管理發生根本性變革，從而將逐步形成新一代電力系統，即新能源電力系統。

新能源電力系統發展模式

電力及電力系統已經過了100多年發展的歷史，成為當今以化石能源為主體、以大容量發電、遠距離輸送、集中統一管理的現代電力系統。隨著新能源電力的規模化開發以及電網中新能源電力比重的增加，新能源電力系統的特征將日益凸顯。實際表明，傳統的理論方法與技術不能解決新能源電力系統所面臨的問題，需要深入認知新能源電力系統的特性，創新理論方法與技術，在發展智能電網技術的基礎上，從系統的整體性特征出發，構成基于電源響應、電網響應和需求側響應為一體的新能源電力系統發展模式，如圖6所示。

圖6新能源電力系統發展模式

新能源電力系統建模與控制

2011年以來，依托華北電力大學“新能源電力系統國家重點實驗室”建設，圍繞本領域共性基礎問題及關鍵技術研究以及公共平臺建設，作者團隊開展了系統的研究工作。主要研究內容包括新能源電力系統特性及多尺度模擬;規模化新能源電力變換與傳輸;新能源電力系統控制與優化。2012年，承擔了國家重點基礎研究發展計劃(973)項目“智能電網中大規模新能源電力安全高效利用基礎研究”(編號：2012CB215200)，主要研究內容有新能源電力系統多元互補機制及協同調控理論方法;新能源電力設備及系統故障演化機制與防御策略。2013年，承擔了國家自然科學基金委與英國工程與自然研究理事會合作項目“含大規模分布式儲能的新能源電力系統穩定分析與控制”(編號：513111122)，推進本領域的國際合作研究。研究團隊還主持或參與完成了多項電力企業的研究課題，部分研究成果得到了實際應用，解決了相關