華北電網與東北、西北、華中、華東四個區域電網互聯，發揮著電力保供“大樞紐”的作用。2019年年底，華北電網新能源發電裝機為1.13億千瓦，截至目前已增至3.28億千瓦。新型電力系統加快構建，大體量的新能源電源并入電網，新情況、新挑戰迎面而來。承受著轉型壓力，國網華北分部和區域內電網企業在持續探索中推進突破——

天氣漸寒，華北電網各級調度人員越發忙碌。

用電負荷化作跳動上升的曲線和數字，讓他們必須在屏幕前的拓撲電網上作出“秒級”反應——騰挪電力頂住晚峰，“補上”消失的光，“管住”時有時無的風。

冬季用電高峰期、供暖期、枯水期三期疊加，新能源發電的間歇性和不穩定性，讓冬季用電負荷上升與電力供應的平衡矛盾更加突出。即使是華北電力調度控制中心主任劉一民這樣的老調度人也倍感壓力。

保安全，在高比例電力電子設備接入的情況下電網要穩定運行；保供應，在尖峰負荷和極端天氣頻發的考驗里保障電力供給；保消納，在新能源發電快速發展的形勢下中保證消納量率齊升。安全、供應、消納，一個都不能少。如何做好這三項工作并在變化與挑戰中尋求“最優解”？

摸清安全邊界：當新能源與電網特性疊加出多重不確定性，如何尋找“確定性”？

華北電網很特殊：在電源裝機上，不管是火電裝機、新能源裝機還是電源總裝機，華北電網都位居全國區域電網首位；在網架結構上，華北電網已建成1000千伏交流特高壓主干網架，區域內有錫林郭勒盟—山東、蒙西—天津南、張北—勝利等特高壓交流工程；在新能源發展上，華北電網新能源發電占比穩步提升，新能源發電成為電量增量主體，電網呈現出全新的形態。

新能源發電裝機占電源總裝機比例超過45%，華北電網“雙高”特征顯著，電力系統復雜性和不確定性持續增加，系統抗擾動能力面臨考驗。既要“供得上”負荷，又要“吃得下”新能源，在推進新型電力系統構建的過程中，安全尤為重要。

“無論什么時候，守住安全對電網企業來說都是底線。我們有句老話叫安全‘萬無一失’，因為安全‘一失萬無’?！眹W華北分部發展規劃部副主任李付強說。

在傳統電力系統中，發電機組和發電容量相對確定，電網安全風險相對易于掌控。新能源的崛起帶來新變化：單機容量小、并網點分散，發電出力及運行特性呈現較強隨機性，電網向低慣量、低阻尼、弱支撐轉變，寬頻振蕩等新現象涌現，原有的電力系統穩定機理難以適應新特性，電力系統穩定面臨嚴峻挑戰。

如果說傳統電網運行存在一定的“慣性”，那么現在，這些“慣性”正在被打破。

如何應戰？

“在電力系統轉型期，實現分部和省級電力公司規劃力量的有效融合、規劃與運行的有效銜接，更加聚焦大系統安全和電力保供的研究，是時代賦予我們的重要課題。”李付強說，在電網規劃的“最初一公里”，就要努力實現新型電力系統規劃“橫向到邊、縱向到底”。

新型電力系統建設中，對大電網的運行特性需要重新認知?！耙郧暗碾娋W是基于風險狀況的統籌分析來運行，出現問題后，調度去緊急處置。好比開著車走在一條一眼望到頭的高速公路上，路中間如果有坑，避開就行?！眲⒁幻窠忉屨f，“現在，好比這輛車開進‘無人區’，眼前有團‘迷霧’，前方是平路還是深淵，不清楚，要改變傳統觀念，通過新的安全的手段摸清電網運行的安全邊界?！?/p>

讓調度運行的拓撲電網和真實的物理電網對應起來，更清晰地認知新型電網，是撥開眼前“迷霧”的關鍵。

管理電網設備的部門也在思考同樣的問題。變電站數量不斷增加，設備管理量快速增長，這讓國網華北分部生產技術部主任江長明思考：“我們對設備的運行規律是不是足夠了解？”

更加精細的管理手段勢在必行?！靶滦碗娏ο到y構建中，更需要用系統的觀念去認知電網，掌握故障發生的特征規律至關重要?！苯L明說，必須用新技術、新手段，讓物理電網中設備的狀態更加穩定，進而給電網安全運行增加更多的確定性。

觀念的突破，帶動理念、方法與管理的系統性更新。

在調度側，拓撲電網與物理電網“牽手”。11月4日，華北地區普遍出現新一輪降溫，在華北電力調度控制中心的大屏幕上，全息智能管控平臺顯示著天氣、地貌、設備、電氣等數據。調度員坐在電腦前，查看千里之外電網的實時狀態。年初以來，全息智能管控平臺20多次成功預警惡劣天氣對在運設備造成影響。大電網狀態“看”得更清晰，為電網運行預留出更多安全“提前量”。

在設備側，變壓器有了故障主動防范的新手段。國網華北分部生產技術部融合在線監測技術和繼電保護技術，研究提出了變壓器故障主動防御技術，成功研制世界首臺變壓器主動防御裝置。這相當于得到了準確的故障特征“DNA”。

如今，國家電網六大區域電網的多臺重要變壓器上，都新裝了主動防御裝置?！艾F在只要監測到故障征兆，比對上‘DNA’，主動防御裝置就可以精準識別并實施保護?！苯L明說。針對這項成果，中國工程院院士邱愛慈評價：“大型變壓器主動防御裝置的成功研發深化了人們對變壓器故障放電規律的認識，也是防御思維的大膽創新?！?/p>

保障電網安全是一項系統工作。國網華北分部安全監察部在構建起“華北電網安全風險矩陣”的基礎上，正在推動適應新型電力系統的華北特高壓及省級輸電網安全性評價方法研究?！拔覀円孕碌脑u價方法去適應新的系統特點，更好地防范安全風險?！痹摲植堪踩O察部主任牛四清說。

從電網規劃“謀”，到調度運行“看”，到設備管理“控”，再到安全監察“防”，在華北電網，新型電力系統安全管控形成了閉環。

這還不夠。另一團“迷霧”急需解開——對“沙戈荒”大型風電光伏基地特性的認知。

錫林郭勒盟是我國重要的清潔能源基地，這里的綠電通過錫林郭勒盟—山東、張北—勝利兩條特高壓通道送往華北。新能源電源與常規電源通過特高壓交直流外送，新能源、直流功率、檢修方式等多維度排列組合，需要考慮的運行工況達上千種。同時，新能源機組暫態過程變化速度快、控制邏輯“千機千面”，風火聯合外送場景下，傳統毫秒級的機電暫態穩定問題與微秒級的新型穩定問題交織并存，會對電網安全運行產生巨大影響。

如何認知新能源場站的特性？電磁暫態仿真時間尺度為微秒級，類似電力系統的“顯微鏡”，是準確認知高比例新能源電網的有力工具。

在國家電力調度控制中心的指導下，國網華北分部與中國電科院攻關電磁暫態仿真技術，在錫盟“沙戈荒”大型風電光伏基地建立了全電磁暫態仿真模型。這相當于把錫盟“沙戈荒”大型風電光伏基地“搬”進了電腦。通過不斷仿真計算，他們探明了新能源出力波動對風火聯合送出系統的影響機理，實現對穩定特征“算得細、看得清、驗得真”。在此基礎上，國網華北分部自主研發了新型避雷器，破解了暫時過電壓制約新能源電力送出的難題，積極推動分布式調相機并網投產，為保障新能源大基地送出電網安全運行積累了經驗。

從大電網運行到新能源基地，撥開新型電力系統運行特性的層層“迷霧”，其中的復雜邏輯被逐步梳理開來：把電網運行的新特性了解清楚，通過新型控制手段、策略，更好實現對電網安全風險的預控。

“以前我們談大電網安全的‘三道防線’，現在我們要研究在每道防線之間增加新的控制手段。”劉一民說，系統保護、頻率防線、寬頻振蕩監測等新型防御手段的應用，進一步提升了大電網防范系統性風險的能力。仍有很多新的問題待解，這需要包括電網企業在內的所有相關方的共同努力。

重塑保供角色：當電網負荷“雙峰”挑戰頻繁出現，如何精準配置電力資源？

華北電網夏、冬兩季“雙峰”特征明顯，度冬采暖負荷、度夏空調負荷大幅增加，峰谷差不斷擴大，加上極端天氣影響，尖峰時刻越發成為常態，電力保供面臨著新的挑戰。

區域內有錫盟、張北、山西等能源基地，華北電網電力“糧食”充足。但遇到“極熱無風”“晚峰無光”的情況仍會力不從心。2023年12月12～14日，華北地區大范圍降雪，新能源發電出力短時間內驟降，且持續多日出力偏低；今年8月22日，華北地區高溫天氣影響風電出力，風電對晚峰平衡支撐嚴重不足。

不僅如此，華北區域在保供中的角色也在變化?！叭A北電網通過‘一交六直’特高壓與四個區域電網互聯，既作為‘大受端’受入東北、西北電網電力，又作為‘大送端’將電力送至華東、華中電網。近些年，我們向區外送電的規模也越來越大，從被支援轉變為送受并存。各個區域在電力保供的關系越來越密切?！比A北能源監管局市場監管處處長呂峰說。

雙重挑戰下，怎樣平衡供給與需求？

電網網架的優化升級仍是關鍵手段。

近年來，華北電網實現由500千伏電網向1000千伏特高壓電網的跨越式發展。以10月31日投運的1000千伏張北—勝利特高壓交流工程為例，工程將錫盟、張家口兩大新能源基地互聯，特高壓送出通道總送出能力達到1820萬千瓦。電網網架的升級促進區域內清潔能源開發消納，也增強了電網抵御嚴重故障的能力。

升級的不僅是主網架，各級電網的協調發展水平也不斷提升。在北京，國網北京電力按照“密布點、短半徑”規劃配電站點。在天津，“雪花網”的落地讓電網使用效率提升近30%。

網架“硬件”先行，打牢基礎，而如何用好通道精準配置資源，是保供的另一個關鍵。

隨著新型電力系統建設推進，無論電力保供或新能源電量消納，單靠一個省的資源稟賦和調節力量遠遠不夠。“我們利用東北、華北、西北電網進入早峰時間依次約晚1小時、光伏發電出力存在45分鐘至90分鐘時差的屬性，置換華北、東北、西北電網早峰跨區錯峰電力，‘三北’電網彼此響應，很大程度緩解了電網平衡壓力。”北京電力交易中心市場交易二部主任張哲介紹。

精準調配資源的同時，源網荷儲共同保供的措施也在推動。電源側，電網企業走訪發電企業推動“開源”；負荷側，更多節能減排的方法讓用電“節流”。這些舉措使得新型電力系統“雙峰”條件下應對保供挑戰更加自如。

“長遠來看，電網規劃也需要在保供中考慮新型電力系統的特性。”李付強建議，優化跨區電力流規劃原則，充分挖掘跨經度光伏發電、跨風帶風電和跨流域水電互補保障潛力，同時在聯網樞紐節點增加更多保供力量，以給區域電力保供增添更多的底氣。

打通消納鏈條：當快速增長的新能源急需系統調節能力升級，如何凝聚消納合力？

華北地區新能源發電增速迅猛。一組數據可以直觀呈現——預計今年年底華北電網新能源發電裝機將達3.7億千瓦，同比增長37%；京津冀地區每使用4千瓦時電，就有1千瓦時是綠電；近3年，在華北電網新增用電量中，六成以上由新能源新增電量供應。

“華北地區的新能源電量消納至關重要。一方面，‘雙碳’目標的實現，需要保障綠電消納；另一方面，消納綠電、建設綠色華北也是推進區域能源轉型的關鍵所在，需要源網荷儲鏈條的各方共同發力?！比A北能源監管局黨組書記、局長童光毅表示。

華北電網“富煤、貧水”，火電是調節性電源的主力軍。在世界現役最大火電廠——總裝機672萬千瓦的托克托電廠，一場深度改造早已開始。2018年至今，電廠完成全部10臺火電機組深度調峰改造?！案脑旌螅谟秒姷凸葧r段機組出力能夠降得更低，給新能源發電讓出空間，并獲得相應的市場收益?！蓖锌送须姀S總工程師郭洪義說。

從“讓我調峰”到“我要調峰”，火電廠的這種轉變是因為華北調峰容量和調峰輔助服務市場的建立。在華北區域，僅今年上半年就新增超過1600萬千瓦火電深調改造，新增295萬千瓦火電調峰能力，調峰能力累計達2927萬千瓦，促進消納新能源電量172億千瓦時。

儲能的調節能力也不斷被發掘。在光伏發電裝機大省山東，分布式光伏電源累計并網容量在光伏發電總裝機中占比近80%。目前，山東省新型儲能規模已超553萬千瓦。新型儲能能為電網運行提供調峰、調頻等服務，有效提升新能源電量消納的靈活性、經濟性和安全性。8月，東營市華潤財金紅光漁業光伏發電項目配套建設的儲能設施轉為獨立儲能，并入山東電網。項目每年可新增消納新能源電量約6000萬千瓦時。

截至今年6月底，華北電網230座新型儲能電站并網規模達1033萬千瓦/2189萬千瓦時。在新能源電量消納困難時段，國網華北分部全網協同運用新型儲能調節能力，促進消納新能源電量12.87億千瓦時。

在電網側，新技術的運用讓新能源場站送出能力大大提升。

冀北地區的并網新能源發電裝機占統調裝機規模的76.7%，居全國省級電網首位。在國網冀北電力的推動下，冀北電網已建成國內規模最大的新能源匯集系統分布式調相機群。張家口、承德等地的新能源場站已投運28臺分布式調相機，總容量68萬千乏，提升新能源電力送出能力146.5萬千瓦。

在負荷側，多元主體參與調峰，也促進了新能源電量消納。

11月5日傍晚，河北保定徐水區太和莊村民喬新華把愛車開到村里剛安裝的充電樁旁：“聽說在這里充電能用上我家屋頂光伏發的電，我也來試試?！眹W河北電力打造臺區級源荷儲充微電網，“打包”管理臺區內光伏發電、充電樁、儲能、負荷等場景，借助大數據算法給出新能源汽車充放電最佳策略，實現臺區內新能源電量100%就地消納。

華北地區的電網企業已經聚合電采暖、大工業、新能源汽車等11種負荷側可調節資源，累計促進消納新能源電量9.62億千瓦時。

消納新能源電量，對電力系統的穩定性和靈活性提出更高要求，需要源網荷儲各主體協同配合。而從長期看，相關機制的建立將成為新能源電量消納的“軟支撐”。不斷完善的電力市場機制將調動各類主體參與系統調節，推動新技術發展，也引導用戶調整用能習慣，共同促進新能源電量消納。

5月23日，山西電網用電負荷達3337萬千瓦，午間新能源發電出力1976萬千瓦，但晚高峰新能源發電出力僅342萬千瓦。在市場機制引導下，各類調節資源自主參與系統調節，保障了新能源電量消納。

截至10月底，華北電網2024年綠電交易電量達415億千瓦時，占公司經營區綠電交易總量的33.7%。其中，京津冀地區綠電交易電量396億千瓦時，同比增長80%。

隨著新型電力系統建設深入推進，新的挑戰仍在出現。以技術創新破解難點痛點，以機制建設為新能源發展托底，凝聚源網荷儲各方合力，華北電網一系列探索實踐，朝著安全、保供、消納“最優解”一步步邁進。

劉一民這樣形容現在的工作：我們像是“試飛員”，只有不斷模擬試驗，才能知道會遇到什么問題，進而改進提升。

“我們一步一步往前走，哪怕只是前進一小步，也是不斷探尋這個‘最優解’的過程?！彼f，不管面臨什么樣的挑戰，一定要把工作做好。