科技创新敢为人先 做新型电力系统科研排头兵
2022-04-29于思奇孙大卫杨伟新
于思奇 孙大卫 杨伟新
构建新型电力系统是推动能源转型、助力“双碳”目标实现的关键路径。作为支撑国网冀北电力有限公司新型电力系统建设的“先行者”“排头兵”,国网冀北电科院敢闯敢试、敢为人先,全力打造坚强科技支撑力量,积极服务清洁能源消纳,为支撑建设“绿色、安全、智能、开放”的新型电力系统示范区展现责任担当。
电磁仿真精准施策 风光送出有力提升
“家定I线三永N—1第6次,3、2、1、故障触发。”“1000千伏、500千伏、220千伏、110千伏、35千伏电压等级的全部母线暂态过电压均未超标!”风光储并网运行技术国网公司重点实验室响起一片欢呼声,基于电磁暂态仿真的张雄特高压“五变五线”送出系统输电能力校核收官工作圆满完成,为张雄特高压系统送出能力提升提供了有力的技术支撑。上面的场景是电科院新能源所电磁暂态仿真团队诸多工作中的偶然一瞥,更是团队在该领域多年技术积累下迸发出的坚定与喜悦。
大量新能源接入使电力系统的动态特性更加复杂,传统分析手段的计算精度已无法满足需求,电磁暂态仿真是新型电力系统亟需突破的关键技术。电磁暂态仿真相当于把偌大的电网用数字孪生方式搬到了计算机里面,其中有数目以万计、型号以百计的风电、光伏、SVG机组,为得到机组的真实特性,需要用电磁暂态模型对机组控制器进行半实物测试,而在完成机组自身的验证和建模后,还需要将这些“树叶”一片一片地添加到电网的核心架构这一“枝干”上面。
电科院自2016年就超前启动了这一难题的攻关工作,累计投入3000余万元购置一流仿真设备,集中骨干,历时5年持续攻关,突破了高计算密度仿真延迟、多仿真机计算负载失衡等关键技术难题,建立了千万千瓦级新能源送出系统的电磁暂态实时仿真平台,成为国内首个具备大电网全电磁暂态仿真能力的省级电科院。
依托该平台开展的新能源送出系统输电能力校核工作,增加张北和锡盟特高压系统送出能力290万千瓦,未来还有进一步提升的空间,有效改善了我国北方的弃风弃光问题,为新能源高效消纳提供了积极助力。
突破主动支撑技术引领新能源技术革新升级
新型电力系统中新能源既是装机主体、电力与电量供应主体,也是可靠供电的责任主体。与煤电等常规同步机组不同,此前新能源机组尚不具备主动支撑电力系统频率和电压的能力,导致高比例新能源电力系统调节能力不断下降,极易发生类似2019年英国8·9大停电事故。因此,对新能源机组进行革命性的技术升级,使其具备主动支撑功能,是构建新型电力系统的基础性课题。
自2015年起,电科院聚焦新能源主动支撑方向,不断探究新能源主动支撑关键控制技术,深耕细作风光储主动支撑设备拓扑结构,积极摸索主动支撑技术在不同地区的发展模式,建成了世界首座新能源虚拟同步机示范工程。
为了验证新能源主动支撑技术在电力系统黑启动过程中的应用效果,需要把风机作为启动电源,在风机大功率时开展试验。寒冬腊月,坝上草原,刺骨的寒风给试验开展带来极大的考验。由于时间紧张,攻关团队顶着寒风日夜驻守在风机边,甚至在风机边上搭个活动板房裹着棉大衣等待试验时机成熟。艰苦的条件并没有影响团队的斗志,在试验条件具备后,试验一次成功,在冬夜的风光储输示范电站中,试验人员忘记了疲惫,露出欣慰而自豪的笑容。
依托该项技术,电科院已累计取得授权专利10余项,发表SCI/EI论文20余篇,荣获了2020年度中国电力科技进步一等奖和2021年度河北省科技进步一等奖。团队在新能源主动支撑方向的研究成果,对于实现了新能源发电由“被动调节”到“主动支撑”的转变具有重要意义,为新型电力系统高质量建设提供了“样板间”。
搭建数据桥梁 为新能源赋能增值
“风电场014号风电机组3月份发电性能最优,085号风电机组发电性能最差,需要对劣化原因进一步分析,减少发电量损失。”电科院新能源所大数据分析与应用团队对某风电场3月份的运行分析结果开展研讨,这样的研讨已成为他们的日常工作。
大数据分析与应用是电科院在利用新技术优化新能源技术服务方面的新探索,为了应对新能源发电在并网消纳及设备可靠高效运行方面面临的诸多挑战,充分挖掘新能源发电数据的应用价值,电科院于2019年启动冀北新能源大数据分析与应用平台的建设,打造前端交互窗口,促进新能源产业管理升级,助力新能源产业价值最大化。
目前平台已接入了冀北调度侧的全部新能源分钟级运行数据、部分新能源场站侧的全量秒级数据、气象及预测数据,共计30万个测点。开发了新能源消纳分析、风电场精益化运维等四大类、38项业务功能,可为电网公司、新能源运营商等提供更加丰富、全面的数字化业务场景。借助海量运行数据定位问题,并组织专家团队联合攻关,打出“线上+线下”的组合拳,为场站提供风电机组发电缺陷、功率预测结果优化、涉网性能缺陷分析优化等技术监督、专项咨询和技术服务,可以提升新能源管理水平,支撑新能源场站高效运维。
目前冀北新能源大数据分析与应用平台已初见成效,相关成果先后入选国家电网有限公司电力人工智能应用白皮书、数据增值服务典型服务产品手册。电科院将紧紧围绕新型电力系统技术需求,继续扩大平台数据接入规模和类型,探索区域新能源大数据规模化应用的关键技术,为新型电力系统“源网荷储”一体化建设贡献力量。