3月底,由國家電網有限公司西北分部牽頭完成的“高比例新能源電網交直流送出能力提升控制關鍵技術及應用”科技成果通過中國電力企業(yè)聯合會組織的專家鑒定。鑒定委員會認為,該項目在時空協調的交直流送出能力提升方法、新能源等綜合靈敏度發(fā)電功率分配技術和自適應穩(wěn)定控制等方面達到國際領先水平。 西北地區(qū)新能源資源稟賦好、發(fā)展空間大。近年來,國網西北分部專注高比例新能源電網運行控制,取得了一系列創(chuàng)新成果,積累了實踐經驗。該分部應用創(chuàng)新成果實施交直流協調互濟、安控精益化控制等措施,2019年至2021年間,累計提升西北電網斷面能力900萬千瓦,保障新能源利用率提升15個百分點,新能源發(fā)電量占比由16.06%提升至21.17%,在新能源高效利用方面走在了全國前列,為西北新型電力系統建設奠定堅實基礎,助推能源轉型。 需求導向,抓住新型電力系統建設關鍵難點 西北地區(qū)風能可開發(fā)量占全國陸上風能的三分之一,太陽能技術可開發(fā)量占全國的59%,新能源可開發(fā)量高達19億千瓦。 近年來,隨著新能源發(fā)電和直流輸電技術的快速發(fā)展,西北電網新能源發(fā)電裝機已達1.43億千瓦,超過全網總裝機的40%。西北電網通過11回直流輸電線路與其他區(qū)域電網異步互聯,總外送規(guī)模達7071萬千瓦,成為我國新能源發(fā)電裝機占比最高,直流外送規(guī)模最大、外送能力最強的區(qū)域電網。 與此同時,大直流、高比例新能源的特點給西北電網運行控制帶來全新挑戰(zhàn)?!岸嘀绷髦g、直流與新能源間耦合程度高,連鎖故障隱患突出,直流故障對電網安全穩(wěn)定水平和重要交流斷面限額的影響顯著,限制了交直流送出能力和新能源消納水平,對西北地區(qū)新能源的持續(xù)、健康發(fā)展產生影響。”西北電力調度控制中心系統運行處處長王吉利說。 針對上述挑戰(zhàn),國網西北分部緊抓高比例新能源電網交直流送出能力提升,組織西安交通大學、國電南瑞科技股份有限公司等優(yōu)勢產學研單位,專注研究高比例新能源電力交直流送出能力關鍵技術,歷時7年形成一系列技術成果。成果應用于電網控制后,有效提升了高比例新能源交直流送端電網的運行分析和穩(wěn)定控制能力。 創(chuàng)新攻關,開展一系列關鍵技術研究 3月28日,西北電力調度控制中心調度員李武璟輕點鼠標,利用國內首套新能源多場站在線監(jiān)測預警及輔助決策系統查看西北電網新能源資源、出力、穩(wěn)定水平評估指標等實時數據,并在此基礎上優(yōu)化調整新能源出力。 新能源多場站在線監(jiān)測預警及輔助決策系統是“高比例新能源電網交直流送出能力提升控制關鍵技術及應用”項目成果之一。該系統通過計算分析新能源場站接入電網的電壓強度,可直觀、量化評估新能源接入穩(wěn)定水平,并針對發(fā)現的隱患提出相應的控制方案及解決措施,指導新能源及常規(guī)機組運行方式安排,提高了西北電網在新能源運行控制、運行方式安排等方面的智能決策控制水平。 在國內外同等規(guī)模的同步電網中,西北電網的直流輸電規(guī)模、新能源發(fā)電裝機占比等多項指標均處于領先地位,如何進一步提升高比例新能源電網交直流送出能力,在國內外無相關經驗可借鑒。同時,西北電網網架相對薄弱,電網運行面臨的情況復雜,在電網運行控制等領域處于“無人區(qū)”,必須依靠創(chuàng)新突破填補空白,走出一條自主創(chuàng)新的特色發(fā)展之路。 為了不斷提升高比例新能源電網送出能力,為更大區(qū)域提供安全可靠的清潔能源,國網西北分部組織技術專家和勞模,成立大規(guī)模新能源智能管控與市場機制創(chuàng)新工作室,為攻克技術難題、推動“雙碳”目標在西北電網落地奠定基礎。國網西北分部以“嚴細實新高快”為標準,從電網運行實際需求出發(fā),以交直流高度耦合下的送出能力提升為研究目標,以模型研究、機理分析、量化評價、控制提升為研究路線,從交直流電網建模、直流間交互影響分析、直流與新能源交互影響分析、多直流送出能力提升控制和直流極控安控協調控制等方面開展穩(wěn)定機理分析與控制技術攻關和裝備研發(fā),攻克了多直流互濟、源網協調優(yōu)化、穩(wěn)控策略自適應調整等一系列關鍵技術,形成了高比例新能源電網交直流送出能力提升的全面、系統化解決方案。 應用成果,提升新能源送出能力和消納水平 項目團隊在取得技術突破后,積極開展實踐應用,相關成果在國網西北分部及國網甘肅、青海、新疆電力等省級電力公司落地應用,顯著增強了西北電網直流故障下的穩(wěn)定運行和防控能力,提升了西北電網高比例新能源交直流送出能力和新能源消納水平。 2019~2021年,項目成果在生產運行中助力吉泉、天中、青豫等直流工程提升送出能力共計400萬千瓦,并通過提升吉泉、祁韶、天中直流送電能力、擴大新能源消納空間等,助力新疆、甘肅、青海電網的新能源及直流外送電量增加110.2億千瓦時。項目成果助力西北電網2019~2021年增加新能源發(fā)電量共55億千瓦時,節(jié)約電煤175.8萬噸,減排二氧化碳474.6萬噸。 以新疆哈密新能源基地為例,哈密新能源發(fā)電裝機超過1100萬千瓦,受風機耐壓水平限制,新能源外送曾存在受阻情況。2020年以來,國網西北分部應用項目技術成果,通過創(chuàng)新采取直流緊急控制、優(yōu)化新能源功率分配等措施,累計提升哈密新能源送出能力300萬千瓦?!敖鼛啄晷履茉蠢寐食掷m(xù)提高。2021年哈密三峽淖毛湖風電場發(fā)電量同比增長12.4%,經營利潤同比提升8%?!比龒{新疆新能源有限公司營銷部主任張亞楠介紹。 總體來說,項目研究在高比例新能源電網分析控制上實現了從“定性評價”到“量化評估并指導電網運行控制”的重大跨越,提升了交直流送出能力及新能源消納能力,促進了西北上千萬千瓦規(guī)模新能源的開發(fā)利用,為促進西北地區(qū)資源優(yōu)勢轉化為經濟優(yōu)勢、推動當地經濟社會發(fā)展作出了貢獻。同時,項目也為國內外提升大直流、高占比新能源送端電網交直流送出能力提供了先進的解決方案。 今年政府工作報告要求,“推進大型風光電基地及其配套調節(jié)性電源規(guī)劃建設”“提升電網對可再生能源發(fā)電的消納能力”。《“十四五”現代能源體系規(guī)劃》提出,推動電力系統向適應大規(guī)模高比例新能源方向演進;加大力度規(guī)劃建設以大型風光電基地為基礎、以其周邊清潔高效先進節(jié)能的煤電為支撐、以穩(wěn)定安全可靠的特高壓輸變電線路為載體的新能源供給消納體系。項目成果能為上述部署要求的落地實施提供技術支持和運行控制方案。 2022年,新能源發(fā)電將成為西北電網裝機中占比最重的電源?!笆奈濉睍r期,西北電網預計還將投運6條直流輸電線路。后續(xù),項目團隊將結合電網發(fā)展,進一步深化完善項目研究成果,以適應送出規(guī)模更大、特性更為復雜的高比例新能源電網,為更好保障西北高比例新能源電網穩(wěn)定運行及可靠送出提供支撐。