中国储能网讯：近年来，全球气候变化加剧导致极端高温天气频发，对新型电力系统的安全稳定运行构成严峻挑战。例如，2022年，欧洲极端热浪引发电力需求激增，多国因风光出力波动及火电调峰能力不足导致区域性停电事故，中国南方多地空调负荷占比超40%，叠加风电出力降低、光伏出力波动加剧，电网供需缺口一度突破历史极值。此类事件表明，极端高温下电力系统面临风光出力与负荷需求强耦合、灵活性资源调用受限等复杂问题，传统确定性评估方法难以刻画多重不确定性叠加的风险。因此，亟须开展面向极端高温场景的供需平衡能力概率化评估，为新型电力系统规划与运行提供科学支撑。

国内外针对供需平衡能力评估已开展相关研究。场景生成方面，Copula函数因能刻画风光的非线性耦合关系而被广泛采用，如采用核密度与Copula构建风光联合分布，采用Vine Copula处理多变量极端场景。电力系统生产模拟模型方面，包括随机优化、多阶段动态规划等方法，以最小化运行成本为目标，统筹优化机组出力与灵活性资源调度。评估体系方面，层次分析法与核密度估计相结合的方法在配电网风险评估中已有应用。然而，现有方法中，场景生成仅考虑风光互补，忽略了负荷与风光的非线性时空依赖特征，随机生产模拟模型在极端高温场景下的应用还不充分，供需平衡能力评估指标缺乏对灵活性、低碳性、经济性的综合考虑。

模型方法

1.1  总体思路

模型主要面向中长期各水平年，研究极端高温天气影响下新型电力系统生产运行情况，开展供需平衡能力概率化评估，如图1所示。

图1  供需平衡能力概率化评估思路

Fig.1  Probabilistic assessment of supply-demand balance capability

首先，建立风光荷联合场景集。考虑到极端高温天气影响下风电出力、光伏出力、负荷水平具有一定关联性，通过核密度估计构建各变量边缘分布，采用Copula函数刻画变量间时空依赖结构；结合逆变换采样生成极端高温下风电出力、光伏出力与负荷水平标幺值的联合场景集。

然后，面向中长期，搭建极端高温场景下随机生产模拟模型。将风/光/荷标幺值、中长期供需边界（负荷、装机、外送受电）作为外生输入变量，以极端高温场景下电力系统运行成本最小为优化目标，以机组运行特性、电力电量平衡为约束，优化火电、水电、核电出力，抽蓄、储能充放电策略，以及需求响应、失负荷、弃电等情况。每次模拟运行后，将输出详细的逐小时机组出力水平、储能/抽蓄状态、需求响应调用量、失负荷量、弃电量以及系统总运行成本等具体运行结果。

最后，生成表征供需平衡能力概率密度曲线。从安全充裕、灵活可控、清洁低碳、经济高效等维度，搭建供需平衡能力评估指标体系，基于每次模拟过程输出的系统运行结果，计算各指标值并计算较基准年相应指标的比值，结合指标权重合成电力供需平衡能力，采用核密度估计法生成概率密度曲线。

结论

本文研究面向极端高温场景的新型电力系统供需平衡能力概率化评估。基于三维高斯Copula函数构建了风光荷联合场景集，结合随机生产模拟模型，优化了机组出力策略与需求侧资源调用，建立了涵盖安全充裕、灵活可控、清洁低碳、经济高效的评估指标体系，采用层次分析法设置权重，并通过核密度估计生成了供需平衡能力概率密度曲线，揭示其概率分布特征，量化不同平衡能力水平的出现可能性。以中国某省为例，面向中长期开展应用，主要结论如下。

1）从总体供需平衡能力看，受经济高效、清洁低碳、灵活可控水平持续提升等影响，系统综合能力持续增强，同时受风光出力波动与降温负荷激增影响，平衡能力不确定性范围同步扩大，呈现“能力提升-风险并存”的格局。

2）从供需平衡能力具体维度来看，安全充裕方面，为应对极端高温，常规机组、抽蓄储能与需求侧资源充分发挥作用，备用资源持续紧缩，电力系统始终保持零缺电，验证系统具备强韧性和可靠保障能力；灵活可控方面，灵活调节容量占比承压态势下，抽蓄储能效率突破性提升、需求响应规模化应用、爬坡速率满足率高位稳定形成关键补偿，保障高温场景动态调节能力稳健可靠；清洁低碳方面，清洁机组装机容量占比持续提升，碳排放强度显著降低，抽蓄储能同步实现负荷平抑与碳减排双重效益；经济高效方面，火电机组发电效率提升，需求侧响应经济效益凸显，但由于风光装机占比持续提升下系统平衡成本增加，平均度电成本将有所提升。

后续将继续开展相关研究工作。1）深入刻画气候演变趋势及对风光出力、负荷的影响，建立考虑中长期气候演变趋势的气象指标场景集，搭建风电出力、光伏出力、负荷关于气象等指标的预测模型，作为生产模拟模型的输入。2）将方法应用到其他极端天气场景，包括大范围寒潮、多日少风少光等，提高方法在不同场景的适用性。