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——訪國際電工委員會可再生能源接入電網技術分委會秘書、中國電力科學研究院新能源中心總工程師遲永寧

■本報記者 姚金楠

《 中國能源報 》（ 2022年05月16日 第 08 版）

為保障新能源大規(guī)模并網后電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，目前，我國正在陸續(xù)修訂新能源并網的相關國家標準，也相應提出了新的技術要求。中國企業(yè)與研究機構也在積極參與國際上相關的技術研究和標準編制工作。

風光大基地的建設并網將給傳統(tǒng)電網帶來怎樣的影響和挑戰(zhàn)？

根據6月1日起實施的《電力可靠性管理辦法(暫行)》，沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)的大規(guī)模風能、太陽能等可再生能源發(fā)電企業(yè)要建立與之適應的電力可靠性管理體系，加強系統(tǒng)和設備的可靠性管理，防止大面積脫網，對電網穩(wěn)定運行造成影響。

“早在10余年前，甘肅就建設了全國首個千萬千瓦級風電基地，在這一過程中，針對新能源電力外送、電網穩(wěn)定運行等問題的認識也在逐步提升。未來，在沙漠、戈壁地區(qū)建設的風光大基地也面臨同樣問題。”在國際電工委員會可再生能源接入電網技術分委會（IEC TC8/SC8A）秘書、中國電力科學研究院新能源中心總工程師遲永寧看來，高滲透率的新能源發(fā)電和遠距離高壓直流輸電改變了電力系統(tǒng)的特性，在新型電力系統(tǒng)場景下，新能源發(fā)電與大電網之間的相互作用加強，帶來一系列影響到電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的新技術挑戰(zhàn)。

“問題”集中爆發(fā)在何處？在新能源裝機比重不斷增長的過程中，電力系統(tǒng)的“可靠性”到底應該如何保障？

故障穿越能力不足、次同步振蕩等問題引發(fā)運行事故

遲永寧坦言，基于電力電子技術的新能源發(fā)電設備具有“低抗擾，弱支撐”特性，“過去幾年時間，隨著大規(guī)模新能源建設的推進，暴露出了非常大的系統(tǒng)安全穩(wěn)定風險問題，包括整個系統(tǒng)一次調頻能力不足、故障影響范圍擴大等，對電網構成了很大沖擊。高比例新能源發(fā)電在系統(tǒng)事故條件下極易引發(fā)連鎖反應，進而加劇系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞。”

“在新能源快速發(fā)展的過程中，由于新能源場站的故障穿越能力偏低，造成大規(guī)模新能源脫網事故屢見不鮮。”遲永寧透露，僅在2011年，國家電網經營范圍內就發(fā)生了超過200次風電脫網事故。

根據國家電監(jiān)會通報的信息，2011年2月24日，西北電網甘肅酒泉風電基地橋西第一風電場的35千伏電纜饋線電纜頭發(fā)生三相短路故障，導致598臺風電機組脫網，損失出力84萬千瓦。彼時，國家電監(jiān)會稱其為“近幾年中國風力發(fā)電對電網影響最大的一起事故”。

遲永寧介紹，脫網事故背后反映出新能源發(fā)電還不具備與電網協(xié)同穩(wěn)定運行的支撐能力。“缺乏低電壓穿越的能力，無功控制的策略也不夠完善，造成事故的影響面進一步擴大。”

同時，遲永寧強調，隨著新能源高比例接入電網，由此引發(fā)的振蕩問題也不容忽視。“次同步振蕩帶來的過電流、過電壓問題，一方面會損傷風電機組或者光伏變流器，另一方面也會影響到火電機組軸系，甚至引起機組大軸的損傷。”遲永寧告訴記者，2015年7月，在新疆某地區(qū)的風電場與火電機組出現(xiàn)了次同步振蕩，造成火電廠3臺66萬機組跳機。“新能源場站跟火電機組之間會產生一個大的功率振蕩，在一定頻率下會帶來火電機組的軸系扭轉振蕩，造成機組軸系疲勞損傷，甚至損壞發(fā)電設備。”對此，遲永寧表示，通過新能源發(fā)電設備控制系統(tǒng)的改造有望實現(xiàn)對振蕩的阻尼。目前，新疆哈密已建立了覆蓋所有關鍵風電場、變電站的次同步振蕩監(jiān)測、控制系統(tǒng)。

過電壓問題

頻率穩(wěn)定風險直接影響外送水平

此外，針對新能源電力的大規(guī)模、遠距離外送，遲永寧強調，送端交流電網過電壓問題、送受端頻率穩(wěn)定問題等都會直接影響外送水平。“在新一輪風光大基地建設的過程中，一方面要對新能源發(fā)電本身提出相應的技術要求，另一方面在電網側也會采取一定的技術措施去解決這些問題。”

遲永寧介紹，在電網送端，安裝同步調相機，或將退役的火電廠改造為調相機電廠，都是未來可行的技術選擇。“青豫直流工程中在網側變電站和新能源場站側都安裝了一定比例的同步調相機，以提高電網強度。”在風電、光伏等新能源發(fā)電側，打造構網型發(fā)電技術（Grid Forming），也能夠幫助提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。“構網型發(fā)電，就是通過在變流器控制環(huán)節(jié)中模擬同步發(fā)電機的運行機制，讓新能源發(fā)電機組變得像同步機一樣對電網有足夠的支撐能力。”遲永寧透露，這一技術已經在國內外的新能源變流器、儲能系統(tǒng)中開展了部分研究示范，其技術應用前景被寄予厚望。

完善技術標準

提升系統(tǒng)安全穩(wěn)定性

為保障新能源大規(guī)模并網后電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，遲永寧透露，目前，正在陸續(xù)修訂新能源并網的相關國家標準，也相應提出了新的技術要求。“比如在已經發(fā)布的陸上風電場接入電網技術標準GB/T 19963.1-2021中，增加了對風電場慣量響應和一次調頻的要求，規(guī)定了慣量響應和一次調頻的功率控制量化指標、上升時間和允許偏差等，還修改了對稱故障時風電場低電壓穿越的動態(tài)無功支撐能力要求，增加了不對稱故障時風電場低電壓穿越的動態(tài)無功支撐能力要求等。”

同時，遲永寧介紹，中國企業(yè)與研究機構也正在積極參與國際上相關的技術研究和標準編制工作。在國際電工委員會的國際標準工作中，中國電科院牽頭了風電和光伏發(fā)電接入大電網的系統(tǒng)級問題方面的國際標準制訂，“主要關注風電和光伏發(fā)電接入弱交流電網的相關問題、場站級的交互影響和協(xié)同控制問題、電壓和頻率的故障穿越，以及新型的電力電子、新能源參與的次超同步振蕩等問題。”

原標題：新能源大規(guī)模并網要過系統(tǒng)安全關