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提升高占比新能源电网安全运行水平

作者:程林 来源:国家电网报 发布时间:2019-02-19 浏览:
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核心提示 发展新能源是防止环境污染、应对气候变化、保障经济社会可持续发展的重要举措,面向未来,以风光为代表的新能源发电在能源结构转型中将发挥重要作用。在我国大力发展风电、光伏等间歇性可再生能源的背景下,围绕公司“三型两网、世界一流”战略目标,构建适应高比例新能源的运行体系成为电网运行控制的新要求。本报特选取由国网西北分部组织相关单位开展的“高占比新能源电网电压安全评估和协调优化控制关键技术研发及应用”代表性研究成果,介绍其关键技术和应用成效。

近年来,西北电网新能源规模快速增长,从200万千瓦到近9000万千瓦仅用了9年时间。目前新能源装机近9000万千瓦,装机占比35%,装机负荷比已超100%,是我国区域电网中新能源装机及占比最大的地区,风电和光伏成为仅次于火电的第二、第三大电源。其中,甘肃、青海、宁夏的新能源穿透率(新能源装机/用电负荷)均已超过130%(最大的青海为155%),与德国、丹麦等新能源富集国家相当。而传统的新能源场站几乎不参与电网电压控制和调整,这不仅造成了新能源接纳面临重重困难,也给西北电网带来了巨大的安全风险。

随着西北新能源基地集约化开发进程的推进,西北电网运行特性不断改变,形成以特高压直流大规模集中外送为特征的大送端格局,电网频率、功角、电压问题并存,其中电压控制问题处理不当,可能引发频率及功角问题,电压问题是“隐形的牛鼻子”。西北电网的电压问题,是影响西北电网安全稳定的“导火索”,也是新能源消纳和直流送出的瓶颈。

推动新能源机组源网协调性能提升是解决新能源安全接纳的基础工作之一。国网西北分部此项工作一直走在全国前列,在新能源机组电压低穿及高穿、频率调节及耐受能力、机电暂态建模和参数优化、暂态有功无功优化控制等涉网方面,已取得了一系列成果。

为了解决高占比新能源及大容量特高压直流外送形势下电压安全风险大、控制难度高等难题,国网西北分部按照“分中心统一组织、省调控中心配合、新能源场站具体实施”的原则,主动组织西北五省(区)调控中心、清华大学、新能源场站等单位,联合攻关,开展了风电、光伏无功参与电网调节领域的研究与示范应用工作,取得了重大技术创新成果。

2014年起,国网西北分部开始实施高占比新能源电网电压安全评估和协调优化控制关键技术研发及应用。该项目突破了仅以降低网损、消除电压越限为目标的传统控制模式,首次实现了大电网内常规电源、常规场站低容和低抗、大容量FACTS、新能源场站机组及动态无功补偿的多资源优化协调控制,以及网省场三级多电压等级的优化协调控制。

在该项目的实施过程中,国网西北分部首次提出了特高压直流送出的大规模新能源电网的电压安全控制方法、故障异常情况下的准稳态紧急控制方法;针对新能源场站事故前、事故中、事故后电压控制存在的问题,利用新能源自动电压控制及系统保护协控系统,优化电压控制策略,合理调配各种可用资源,首次实现电压全过程管控。项目整体技术达到国际领先水平。

截至2018年年底,西北电网计及高占比新能源的多无功资源和多电压等级协调控制特高压直流送端电网自动电压控制系统网省地三级主站已接入163座220千伏及以上常规电厂、359座220千伏及以上变电站和680座新能源场站,接入新能源装机容量约5000万千瓦,建成了全球接入新能源容量最大的区域新能源自动电压控制系统。

系统正式投运后,在实际运行中提升大电网管控能力和经济效益效果显著,一方面有力保证了电网电压平稳精准控制,新能源汇集区域电压波动率显著下降,电压合格率显著提高,并且有效降低了网损和值班人员工作强度,大幅减少了人工参与调压操作次数,保证了2017年、2018年青海全清洁能源供电期间电压平稳精准控制;另一方面,通过该系统预留新疆联网通道可控高抗档位,提升通道输电能力90万千瓦,以缓解西北电网新能源消纳压力。同时依托系统建设,国网西北分部积极总结研究成果与建设经验,获国家发明专利授权2项,发表论文3篇,牵头和参与制定了《风电场和光伏电站自动电压控制技术导则》等行业标准4项,编制了《西北电网新能源自动电压控制(AVC)系统运行管理规定(试行)》《西北电网新能源场站AVC子站技术规范(试行)》等西北区域电网管理规定3项,推广西北电网在新能源无功参与电网电压调节领域的相关成果。

未来,西北电网还将通过在系统中引入新能源发电预测数据,接入应用“调相机”这一新元素,开展基于模型预测控制的多时间尺度静、动态无功协调优化控制功能模块研究与创新示范,立足于缓解大规模聚集型新能源送出基地与特高压直流间的耦合问题,以阻断连锁为目标,实现事故前、事故中及事故后的自律-协同全过程电压控制。

关键字:新能源电网

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