谁在驾驭电力系统节奏？新兴大型负荷的影响

英国特许电力系统工程师Dlzar Al Kez尝试建模复现了NERC白皮书中负荷对某一系统强度充裕电网系统的影响（图2）。模拟结果显示系统出现了明显的频率变化率（RoCoF）脉冲。脉冲幅度虽小，但在低惯量电网中，这样的脉冲可能被进一步放大，并模拟出发电机组跳闸的效果。系统中的其他同步发电机组将对这一变化做出响应。所有这一切并非由系统异常或调度指令引发，而是数据中心自身业务逻辑触发的正常运行结果。

图2：系统强度充裕电网中AI负荷行为模拟

AI数据中心类大型负荷的正常行为导致网侧负荷的快速变化，影响了现有系统平衡调节资源的使用模式。当前系统安全稳定机制是否充分考虑了此类潜在的稳定性影响因素？

2023年8月，得克萨斯州电力可靠性委员会（ERCOT）的系统运行数据为行业提供了警示案例。大型柔性负荷（Large Flexible Load,LFL）在深夜时段的上调爬坡最大需求超出了当时系统运营商采购的上调资源数量。其中，22时观测到的实际爬坡最大值达到当前上调采购数量的4倍之多。在正午至傍晚时段（12时-17时），下调爬坡需求也多次超出采购的下调数量。

图3：2023年8月ERCOT的系统运行数据

大型柔性负荷的市场机制设计与可靠性的协同

大型柔性负荷参与电力辅助服务责任共担的市场设计，本意在于缓解系统平衡调节资源短缺。然而，在市场激励机制与可靠性运行要求的双重约束下，市场主体行为的自主响应导致系统动态复杂性进一步提升。

2023年9月6日傍晚，得州ERCOT电网进入紧急能源警报（EEA）状态（图4）。其核心原因之一是：大型柔性负荷为履行其辅助服务义务，在系统物理响应能力（PRC）不足时段反而快速拉升“出力”。负荷拉升与太阳能出力下降相叠加，导致系统可调容量PRC骤降并接近警戒水平。最终，ERCOT被迫紧急调用响应式备用服务（RRS）才挽回PRC下降趋势。

图4：2023年9月6日ERCOT紧急能量警报（EEA）事件

表1：关键时间线（18:00–20:00）

新兴大型负荷的故障穿越能力及其影响

新兴大型负荷不仅重塑了系统平衡调节资源的使用，其故障穿越能力的新特征更与标准化的发电侧故障穿越要求形成鲜明对比，给系统稳定性带来了新的挑战。

2024年7月10日约19:00（美东时间），东部互联电网一条230千伏输电线路因避雷器故障发生永久性接地，引发线路闭锁，并在82秒内经历六次重合闸故障扰动（图5）。同期，区域电压波动剧烈（0.25--0.4标幺值），约1500兆瓦数据中心负荷因用户侧保护动作脱网（图6），系统频率升至60.053Hz。事件中大型负荷脱网显著影响了大型电力系统的频率稳定。可以预见，这类负荷脱网事件给低惯量和平衡调节能力较弱的电网带来的风险更高。

图5：网侧负荷曲线

图6：2024年7月10日东部互联电网1500兆瓦大型负荷损失/转移事件频率响应曲线