隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)步伐加快，如何確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行備受關(guān)注。其中，寬頻振蕩問題一直屬于世界性難題。2024年11月29日，國網(wǎng)寧夏電力有限公司自研課題“寧夏高比例新能源電網(wǎng)低頻及次/超同步振蕩風險評估與應(yīng)對策略研究”通過專業(yè)評審，標志著該公司具備了電網(wǎng)寬頻振蕩風險評估及預(yù)防控制的技術(shù)基礎(chǔ)。
自主攻關(guān)研究團隊開展構(gòu)網(wǎng)型設(shè)備建模與振蕩風險評估。 馬鑫 攝
新型電力系統(tǒng)的顯著特征是新能源在電源結(jié)構(gòu)中占主體。新能源電源大規(guī)模并網(wǎng)后，電力系統(tǒng)呈現(xiàn)高度電力電子化特征，電力電子設(shè)備之間及其與電網(wǎng)之間的相互作用易引發(fā)寬頻振蕩，會嚴重威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。國網(wǎng)寧夏電力構(gòu)建“寬頻振蕩三道防線”，防范新型電力系統(tǒng)建設(shè)中電網(wǎng)運行的潛在風險，為破解這一世界性難題帶來了契機。
堅持問題導向開展科研攻關(guān)
2012年，寧夏回族自治區(qū)被確定為我國首個新能源綜合示范區(qū)，近年來新能源發(fā)電裝機占比持續(xù)攀升。據(jù)統(tǒng)計，當前寧夏電網(wǎng)新能源發(fā)電裝機占比已超過54%，“十五五”末期將超過70%，是典型的高比例新能源與直流群送端電力系統(tǒng)。隨著“沙戈荒”大型風電光伏基地的開發(fā)和并網(wǎng)，寧夏電網(wǎng)電力電子設(shè)備數(shù)量增長迅猛，電力電子設(shè)備之間及其與電網(wǎng)之間的相互作用所引發(fā)的寬頻振蕩風險日益凸顯。寬頻振蕩問題已成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)亟須攻克的難題之一，存在機理認知難、預(yù)防控制難兩大核心難點，迫切需要形成有效的風險評估及控制手段。
結(jié)合寧夏電網(wǎng)的特點和需求，國網(wǎng)寧夏電力統(tǒng)籌創(chuàng)新資源，加快科技創(chuàng)新自主研發(fā)體系建設(shè)，開展寬頻振蕩風險應(yīng)對研究。2024年8月8日，該公司從國網(wǎng)寧夏電力調(diào)度控制中心、寧夏電力科學研究院等單位選拔專業(yè)人才，組建了一支自主攻關(guān)研究團隊。
當年8月15日，“寧夏高比例新能源電網(wǎng)低頻及次/超同步振蕩風險評估與應(yīng)對策略研究”自研課題正式立項，直面寬頻振蕩關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)，聚焦新型電力系統(tǒng)寬頻振蕩風險評估及應(yīng)對措施兩大核心難題。自主攻關(guān)研究團隊依托國家電網(wǎng)有限公司和寧夏回族自治區(qū)重點實驗室等研究平臺，提出能在短時間內(nèi)完成電網(wǎng)寬頻振蕩風險評估及應(yīng)對的技術(shù)路線，通過構(gòu)建大電網(wǎng)全電磁暫態(tài)模型和新能源/儲能場站實測模型，為寬頻振蕩風險評估與應(yīng)對提供堅實的仿真分析數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
當年9月，寧夏電科院完成了寧夏110千伏及以上電網(wǎng)全電磁暫態(tài)仿真模型構(gòu)建，累計完成361.8萬千瓦容量新能源/儲能的實測建模以及14個場站的寬頻振蕩阻抗掃描。當年10月29日，自主攻關(guān)研究團隊在實驗室利用仿真手段完成國內(nèi)首個特高壓直流近區(qū)“沙戈荒”新能源及多類構(gòu)網(wǎng)型設(shè)備匯集站的寬頻振蕩風險評估，填補了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)空白，為行業(yè)發(fā)展提供了可借鑒的經(jīng)驗。
構(gòu)建防線抵御電網(wǎng)安全風險
自主攻關(guān)研究團隊致力于將對寬頻振蕩的認知轉(zhuǎn)化為實踐策略。團隊核心成員李旭濤介紹：“經(jīng)過對新能源發(fā)電動態(tài)特性建模方法的深入探索，我們提出構(gòu)建‘寬頻振蕩三道防線’。這一成果不僅可以在高比例新能源省級電力系統(tǒng)寬頻振蕩防御中推廣應(yīng)用，也為未來新型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供了可行策略。”
李旭濤介紹，這三道防線依次為：
規(guī)劃先行，防患未然。在規(guī)劃或運行階段，利用仿真或?qū)崪y手段對目標系統(tǒng)實施寬頻振蕩風險評估，精準制訂合適的控制器參數(shù)，并以寬頻振蕩穩(wěn)定為導向確定安全運行邊界，實時監(jiān)控并靈活調(diào)整新能源發(fā)電機組運行方式。
振蕩發(fā)生，穩(wěn)定控制。寬頻振蕩發(fā)生后，機側(cè)或網(wǎng)側(cè)的寬頻振蕩穩(wěn)定控制裝置迅速響應(yīng)，主動提升系統(tǒng)阻尼，有力保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。團隊牽頭研發(fā)的新能源場站寬頻振蕩預(yù)測、監(jiān)視和抑制一體化裝置已初步實現(xiàn)寬頻帶自適應(yīng)振蕩抑制功能。
緊急制動，阻止擴散。監(jiān)測與控制系統(tǒng)在寬頻振蕩發(fā)散失穩(wěn)或大幅度持續(xù)振蕩時發(fā)揮作用，采取緊急保護/控制措施，阻止寬頻振蕩的大規(guī)模擴散，防止大量機組脫網(wǎng)及設(shè)備損壞，避免事故發(fā)生。目前，國網(wǎng)寧夏電力調(diào)度控制中心已建成并應(yīng)用次/超同步振蕩在線監(jiān)視預(yù)警系統(tǒng)，全力推進寬頻振蕩監(jiān)視與分析系統(tǒng)建設(shè)，以實現(xiàn)對寬頻振蕩的快速緊急控制。
研究成果在新能源大基地落地驗證
2024年12月11日，在寧夏寧東“沙戈荒”大型風電光伏基地，李旭濤和同事們通過現(xiàn)場試驗完成了國內(nèi)首個特高壓直流近區(qū)“沙戈荒”新能源及多類構(gòu)網(wǎng)型設(shè)備匯集站的寬頻振蕩風險評估及驗證工作。這意味著這一自主研發(fā)課題正式進入應(yīng)用階段。
“寬頻振蕩三道防線”的提出，不僅助力解決“沙戈荒”大型風電光伏基地寬頻振蕩問題，為提升大型新能源基地運行穩(wěn)定性及電網(wǎng)送出能力提供了有力支撐，也為更大范圍內(nèi)解決新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行問題提供了參考方案。同時，這也是國網(wǎng)寧夏電力實施科研單位改革后，聚焦服務(wù)主責主業(yè)的首個自主研發(fā)課題，體現(xiàn)了該公司科研攻關(guān)自主性的增強，有力激發(fā)了科研創(chuàng)新活力。
目前，國網(wǎng)寧夏電力正匯聚更多的科研資源，支持團隊繼續(xù)深化寬頻振蕩風險評估研究，穩(wěn)步建設(shè)新型電力系統(tǒng)寬頻振蕩綜合防御體系，在“沙戈荒”大型風電光伏基地及特高壓直流近區(qū)開展寬頻振蕩風險評估試點工作，加快研究成果的實際轉(zhuǎn)化與落地應(yīng)用，為加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)貢獻科研力量。(李瑩潔 化汝)
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