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砥礪十年 攀登新能源并網技術高峰

作者:賈鳳安 馬彥宏 周強 來源:國家電網報 發布時間:2020-01-15 瀏覽:
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中國儲能網訊:近年來,國家電網有限公司加快打造能源互聯網科技創新高地,在特高壓、智能電網、新能源并網、大電網運行控制等領域取得一批擁有自主知識產權、達到世界領先水平的重大創新成果。日前,公司牽頭完成的5個項目獲國家科學技術進步二等獎。從本期起,本報陸續推出獲獎項目報道。

——記國家科學技術進步獎二等獎項目“千萬千瓦級風光電集群源網協調控制關鍵技術及應用”

2009年,甘肅酒泉獲批成為世界首個千萬千瓦級風電基地,距負荷中心遠、集中并網規模大。如何安全、高效地進行大規模新能源基地的運行控制以及新能源的消納與送出,成為當時的一個難題。

這個難題最終被國網甘肅省電力公司研發的“千萬千瓦級風光電集群源網協調控制關鍵技術及應用”項目破解。該項目獲得了2019年度國家科學技術進步二等獎。

勇擔使命,啟動新能源并網技術研究

甘肅風光資源豐富,風電、光伏發電基地東西跨越800千米,風電和光伏發電裝機容量均位于全國前列。2009年,甘肅拉開了新能源發展的大幕,“十二五”期間,甘肅新能源發電裝機年均增長率達到了62.87%。

在新能源快速發展的同時,甘肅省用電增速卻放緩,電力供需矛盾突出;區域大氣候和局部微氣象錯綜復雜,區域一體化資源監測和發電能力評估技術尚屬空白,風光電集群資源和電源特性難以精準掌握;風光電集群隨機波動性強,配套火電裝機少,靈活調節資源嚴重不足。這些問題極大制約了新能源電量消納。

數據顯示,電網傳統控制方式難以適應新能源快速波動,源網調控矛盾突出,進而導致風電脫網事故頻發,僅2011年就發生了100多次。

針對新能源基地存在的可控性不足、時空波動性和反調風等一系列難題,2009年,國網甘肅電力作為牽頭單位,依托863計劃、甘肅省及國家電網公司科技項目,聯合清華大學、南瑞集團(時為國網電力科學研究院)、中國電力科學研究院等單位,組成產學研用相結合的科研團隊,啟動“千萬千瓦級風光電集群源網協調控制關鍵技術及應用”項目,全力攻克大規模新能源運行控制與消納等一系列技術難題。

勇于探索,新技術有效破解新能源消納難題

項目第一完成人、甘肅電力科學研究院調研員汪寧渤介紹,項目的突破點在于研發了千萬千瓦級風光電集群的預測評估、源源控制、網源控制、裝備研制、系統集成等系列關鍵技術并示范應用,取得了4項創新性成果。

“新能源消納的基礎是對風光資源進行監測預測及狀態評估。我們創新提出了考慮上下游效應的大規模風光資源可發電能力的‘時間-空間-特性’三維動態狀態估計技術。”汪寧渤說。此項技術用最少的監測點對全域風光資源進行監測,構建了國內首套區域級風能檢測一體化平臺,首次實現了千萬千瓦級風光電集群資源可發電量的精準評估。

由于風電和光伏發電具有波動性,需要和火電匹配才能進行并網。項目科研團隊采用風光電源與常規電源正常狀態有功-無功自適應和緊急狀態相互協調的全場景源源控制方法,將地理上毗鄰、特性上相關且擁有一個共同接入點的風電場、光伏電站集群進行一體化集中協調控制。

項目研發團隊提出了預測型直流附加控制方法和涉網保護定值全局優化方法,實現多斷面輸電能力盡限利用,有效抑制了風光電外送通道無功大幅度波動和送端電網頻率波動及弱阻尼振蕩,提升了電網電壓支撐能力。此外,該團隊還研制了安全穩定控制一體化智能控制裝置,建成的千萬千瓦級風光電集群源網協調控制系統在河西走廊千萬千瓦新能源基地成功應用。

2018年,項目研發團隊積極申報2019年度國家科技進步獎。歷經十年的產學研聯合攻關終于收獲了成果。

勇于實踐,新能源控制技術從跟跑到領跑

“千萬千瓦級風光電集群源網協調控制關鍵技術及應用”項目填補了國際千萬千瓦級風光電集群源網協調控制技術的空白。項目成果入選國家發展改革委于2015年發布的《國家重點推廣的低碳技術目錄》,也是唯一入選2015年《國家重點推廣的低碳技術實施指南》和2016年中美氣候變化峰會成果展的新能源項目。

2015年年底,國網甘肅電力建成了世界上規模最大的風光集群控制系統示范工程,覆蓋85座風電場、176座光伏電站、4座火電廠和1座特高壓直流換流站。工程投運后,甘肅電網未發生大規模風光電脫網事故,2015年至2018年,風光電接納能力提升了20%。

該項目也為風電場、光伏電站業主及各大發電集團帶來了可觀的經濟效益,帶動了風電機組和光伏組件廠商裝備制造、新能源場站設計建設施工、新能源場站運行維護等上下游產業發展。

“該項目的創新性成果破解了大規模新能源并網運行的技術難題,提高了電網的新能源利用率,為我國風電、光電的集群建設起到引領示范作用。如今,項目成果已在我國31個省份應用,有力推動了我國新能源產業的健康發展和技術進步,實現了我國大規模新能源控制技術從跟跑到領跑的跨越。”汪寧渤自豪地說。

目前,該項目獲中國發明專利115項、美國發明專利6項、計算機軟件著作權51項。項目研發團隊共發表論文112篇,其中SCI、EI論文70篇,出版國際專著2部、國內專著2部。

關鍵字:新能源并網 儲能

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