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能源電力清潔低碳轉(zhuǎn)型過程中，新能源裝機(jī)占比不斷提高，高比例新能源、高比例電力電子“雙高”特征越加突出，與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，系統(tǒng)運(yùn)行特性發(fā)生了深刻變化，寬頻振蕩問題成為“雙高”電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的主要挑戰(zhàn)之一。近年來，中國電科院科研人員在寬頻振蕩方面取得了重大突破，推動(dòng)了新能源并網(wǎng)技術(shù)進(jìn)步、能源轉(zhuǎn)型發(fā)展。

  10月13日，中國電力科學(xué)研究院有限公司王偉勝、李光輝、何國慶等撰寫的《新能源并網(wǎng)系統(tǒng)寬頻振蕩分析與抑制》英文版正式面世，面向海內(nèi)外公開發(fā)行，該書系統(tǒng)全面地介紹了新能源并網(wǎng)系統(tǒng)寬頻振蕩建模、分析、抑制技術(shù)和工程應(yīng)用等內(nèi)容，為世界新能源并網(wǎng)技術(shù)發(fā)展提供了中國經(jīng)驗(yàn)。

  近年來，可再生能源并網(wǎng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、中國電力科學(xué)研究院有限公司總工程師王偉勝領(lǐng)銜的技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)以十年磨一劍的韌勁，在新能源并網(wǎng)系統(tǒng)寬頻振蕩分析與抑制方面取得了多項(xiàng)重大突破，攻克了新能源發(fā)電集群經(jīng)交流弱電網(wǎng)、串聯(lián)補(bǔ)償線路、常規(guī)直流、柔性直流不同送出場景發(fā)生振蕩的相關(guān)技術(shù)難題，形成了“機(jī)理明晰、分析準(zhǔn)確、抑制有效”的整體解決方案。

明晰振蕩判據(jù) 推動(dòng)理論創(chuàng)新

  隨著新能源大規(guī)模并網(wǎng)，寬頻振蕩問題在不同國家和地區(qū)相繼發(fā)生。2009年，美國德州某風(fēng)電場經(jīng)串補(bǔ)線路送出發(fā)生20Hz振蕩。2014年，德國北海海上風(fēng)電直流送出工程發(fā)生250-350Hz振蕩。2012年，我國河北張家口地區(qū)風(fēng)電場經(jīng)串補(bǔ)線路送出發(fā)生4-9Hz振蕩。2015年，新疆哈密地區(qū)風(fēng)電場發(fā)生25/75Hz振蕩。2021-2022年，新能源孤島接入張北柔性直流電網(wǎng)發(fā)生了44/56Hz、58Hz、650-900Hz、3410-4250Hz振蕩。寬頻振蕩對(duì)新能源健康持續(xù)發(fā)展、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅。

  與水電、火電等常規(guī)電源引發(fā)的振蕩相比，大規(guī)模新能源并網(wǎng)系統(tǒng)寬頻振蕩更加復(fù)雜，振蕩頻率覆蓋數(shù)赫茲到上千赫茲，誘發(fā)振蕩的源頭包括陸上風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和海上風(fēng)力發(fā)電，振蕩的場景包括交流弱電網(wǎng)、串聯(lián)補(bǔ)償線路、常規(guī)直流、柔性直流等。

  阻抗方法是分析和解決電力電子系統(tǒng)振蕩的一種常用方法，傳統(tǒng)的阻抗方法主要適用于規(guī)模小、運(yùn)行方式簡單、場景單一的系統(tǒng)。而海量的新能源場站并網(wǎng)系統(tǒng)，新能源功率隨機(jī)波動(dòng)導(dǎo)致運(yùn)行方式復(fù)雜，送出場景涉及交流弱電網(wǎng)、串聯(lián)補(bǔ)償線路、常規(guī)直流、柔性直流等，傳統(tǒng)阻抗方法難以解決該類復(fù)雜系統(tǒng)的寬頻振蕩問題。

  團(tuán)隊(duì)在傳統(tǒng)阻抗方法基礎(chǔ)上，開展了大量創(chuàng)新性研究工作，建立了包含風(fēng)電、光伏、常規(guī)直流、柔性直流、交流電網(wǎng)的頻率耦合阻抗模型，明晰了計(jì)及工作點(diǎn)變化的寬頻振蕩穩(wěn)定判據(jù)，揭示了多送出場景下新能源發(fā)電集群振蕩的產(chǎn)生和演化機(jī)理，提出了基于寬頻阻抗重塑的振蕩抑制策略，推動(dòng)了阻抗方法理論體系創(chuàng)新，為解決大規(guī)模新能源并網(wǎng)系統(tǒng)寬頻振蕩問題提供了理論指導(dǎo)。

構(gòu)建驗(yàn)證平臺(tái) 助推設(shè)備升級(jí)

  寬頻振蕩引發(fā)大規(guī)模新能源連鎖脫網(wǎng)事故是一個(gè)不斷發(fā)展演化的動(dòng)態(tài)過程，亟需研發(fā)高效仿真平臺(tái)開展大規(guī)模新能源并網(wǎng)系統(tǒng)寬頻振蕩的事故復(fù)現(xiàn)和抑制策略驗(yàn)證。

  我國資源與負(fù)荷呈逆向分布，大基地開發(fā)、遠(yuǎn)距離送出是新能源開發(fā)利用的主要形式之一。大規(guī)模新能源集群規(guī)模大，含上萬個(gè)發(fā)電機(jī)組，且機(jī)型眾多，同時(shí)，新能源機(jī)組控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于受到商業(yè)保護(hù)，控制“灰箱化”，導(dǎo)致無法建立精準(zhǔn)的仿真模型。模型精度和仿真規(guī)模成為建設(shè)仿真平臺(tái)需要破解的兩大難題。

  根據(jù)新能源發(fā)電特點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)通過采集張北試驗(yàn)基地新能源機(jī)組現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)，依托包含新能源機(jī)組實(shí)際控制器的控制在環(huán)仿真系統(tǒng)，將控制器的源代碼封裝為電磁暫態(tài)仿真模型，首創(chuàng)“現(xiàn)場試驗(yàn)-控制在環(huán)-源代碼封裝”的模型校核技術(shù)，成功獲取精確新能源發(fā)電仿真模型，模型誤差降至IEC國際標(biāo)準(zhǔn)值的1/5。

  團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上，突破了綜合考慮電路參數(shù)、控制增益、旋轉(zhuǎn)慣量等因素的場站等值技術(shù)，建立了千萬千瓦級(jí)新能源發(fā)電集群全電磁暫態(tài)仿真平臺(tái)，用于振蕩事故過程的復(fù)現(xiàn)和抑制策略驗(yàn)證。

  目前，團(tuán)隊(duì)依托新能源發(fā)電集群全電磁暫態(tài)仿真平臺(tái)，針對(duì)我國多個(gè)新能源場站實(shí)際情況開展寬頻振蕩抑制策略驗(yàn)證，指導(dǎo)新能源設(shè)備制造商優(yōu)化機(jī)組控制參數(shù)，覆蓋了我國在運(yùn)的80%新能源機(jī)組型號(hào)，促進(jìn)了主流新能源發(fā)電制造商控制性能優(yōu)化升級(jí)，提升了新能源發(fā)電設(shè)備整體技術(shù)水平。

提供整體方案 支撐產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展

  2016年以來，團(tuán)隊(duì)基于大規(guī)模新能源并網(wǎng)系統(tǒng)阻抗理論體系和千萬千瓦級(jí)新能源發(fā)電集群全電磁暫態(tài)仿真平臺(tái)，連續(xù)對(duì)在運(yùn)的新能源場站和直流工程開展寬頻振蕩抑制，先后解決了新疆哈密地區(qū)的直驅(qū)、雙饋風(fēng)電場次超同步振蕩事故，新能源孤島接入張北柔性直流電網(wǎng)寬頻振蕩事故，有力支撐了新能源發(fā)電集群在交流弱電網(wǎng)、串聯(lián)補(bǔ)償線路、常規(guī)直流、柔性直流等多送出場景中穩(wěn)定運(yùn)行，為大規(guī)模新能源并網(wǎng)寬頻振蕩問題分析與抑制積累了豐富、詳實(shí)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

  團(tuán)隊(duì)通過對(duì)多個(gè)實(shí)際工程寬頻振蕩事故的研究發(fā)現(xiàn)，寬頻振蕩問題在工程的設(shè)計(jì)、調(diào)試階段可以進(jìn)行事先干預(yù)，不僅能避免寬頻振蕩事故的發(fā)生，而且可以有效支撐設(shè)備制造企業(yè)、新能源投資企業(yè)、電網(wǎng)運(yùn)行企業(yè)等在內(nèi)的新能源產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展。

  針對(duì)當(dāng)下新能源產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)際情況，團(tuán)隊(duì)提出寬頻振蕩整體解決方案，包含規(guī)劃、設(shè)計(jì)、調(diào)試及運(yùn)行等階段的全套技術(shù)策略。在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，團(tuán)隊(duì)主要結(jié)合當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)條件，基于現(xiàn)有新能源設(shè)備主流機(jī)型制造水平，提出并網(wǎng)技術(shù)改進(jìn)要求，為工程建設(shè)把好設(shè)備關(guān)。在系統(tǒng)調(diào)試階段，團(tuán)隊(duì)針對(duì)振蕩風(fēng)險(xiǎn)較高的極端工況，排查系統(tǒng)振蕩原因，進(jìn)一步完善振蕩抑制措施。

  目前，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)針對(duì)新能源基地經(jīng)金上、哈重、陜皖、陜?cè)ァ⒏收?、寧湘等特高壓直流送出工程開展前期系統(tǒng)振蕩風(fēng)險(xiǎn)分析、技術(shù)要求制定等工作，為工程提供了詳細(xì)的系統(tǒng)寬頻振蕩抑制策略。

  “科研工作要以國家能源戰(zhàn)略為指引，立足能源行業(yè)發(fā)展重大需求，圍繞一個(gè)科研方向做深做透，注重理論聯(lián)系實(shí)際，科研成果要經(jīng)得起工程實(shí)踐的檢驗(yàn)。”團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人王偉勝說。

原標(biāo)題：推動(dòng)新能源并網(wǎng)技術(shù)進(jìn)步 助力能源轉(zhuǎn)型發(fā)展