中國儲能網(wǎng)訊：7月14日，甘肅省新能源發(fā)電裝機規(guī)模突破4000萬千瓦，占全省電源總裝機容量的55.30%，創(chuàng)歷史新高。
不僅是甘肅，在整個西北電網(wǎng)范圍內(nèi)，新能源發(fā)電裝機在電力總裝機的占比逐年提高。新能源發(fā)電更大規(guī)模、更高比例、更廣范圍接入，對電網(wǎng)技術提出了更高要求。
針對綠電消納，南瑞集團有限公司近年持續(xù)攻堅，其研發(fā)的新能源場站全景監(jiān)控系統(tǒng)的投運，夯實了西北電網(wǎng)系統(tǒng)保護源端感知和精益執(zhí)行的基礎，引領了新能源場站全景監(jiān)控技術的推廣應用，有力支撐了源網(wǎng)友好互動。
近年來，隨著遠距離跨區(qū)輸電規(guī)模增長及新能源并網(wǎng)規(guī)模擴大，電源、電網(wǎng)結構發(fā)生深刻變化，影響電網(wǎng)安全的因素增多?，F(xiàn)有火電、水電等傳統(tǒng)機組采用同步電機，具有較強的機械慣性，因此，電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性具有較大的時間常數(shù)（秒—分鐘級）；而新能源并網(wǎng)引入的電力電子裝置具有低慣性、低短路容量、弱抗擾性和多時間尺度響應特性，導致局部電力系統(tǒng)動態(tài)特性時間常數(shù)更?。ê撩爰墸㈩l域更寬（數(shù)百赫茲）、安全性更復雜。一旦出現(xiàn)故障，容易由于電壓或頻率異常而大規(guī)模脫網(wǎng)，從而引發(fā)系統(tǒng)連鎖故障，同時故障穿越等短時性擾動造成的影響也比以往更為嚴重，威脅高比例新能源電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。因此，電力系統(tǒng)迫切需要感知新能源機組動態(tài)全過程。
傳統(tǒng)穩(wěn)控系統(tǒng)無法感知新能源機組動態(tài)全過程，故障過程中的功率跌落無法區(qū)分是永久性還是瞬時性；新能源脫網(wǎng)的記錄分析手段少，事件發(fā)生后對事件的追溯分析難度大，難以采取應對措施；現(xiàn)有新能源場站穩(wěn)控裝置基于饋線切除的穩(wěn)控措施難以滿足大沖擊下連續(xù)、協(xié)調(diào)的控制要求，控制措施單一、粗放，控制顆粒度大。因此，亟須對新能源監(jiān)視和控制手段進行技術創(chuàng)新。
在國網(wǎng)西北分部和國網(wǎng)甘肅電力的指導下，南瑞集團有限公司基于國家電網(wǎng)有限公司新型電力系統(tǒng)科技攻關計劃項目——“應對高比例新能源接入的電力系統(tǒng)安全防御及韌性提升技術研究”，持續(xù)開展新能源機組毫秒級監(jiān)視和控制難題攻關，堅持“自主可控、安全可靠”原則，持續(xù)開展新能源場站全景監(jiān)控技術研發(fā)，不斷完善核心技術和迭代升級功能設備，實現(xiàn)了新能源場站的狀態(tài)全景感知、故障實時跟蹤、資源多維協(xié)同、控制柔性精益。2021年10月，新能源場站全景監(jiān)控系統(tǒng)通過中國電機工程學會組織的專家鑒定，整體達到國際領先水平。2022年5月，該系統(tǒng)在甘肅安馬第二風電場正式投入運行，首次實現(xiàn)單場站單裝置百臺級機組同時接入及毫秒級精益感知與控制，系統(tǒng)性能指標全面超過相關技術標準要求，是當前國內(nèi)功能最全、規(guī)模最大的新能源場站全景監(jiān)控系統(tǒng)。
全程感知 柔性控制
無論是風機還是光伏逆變器，在設計時均以滿足常態(tài)并網(wǎng)發(fā)電為目標，沒有考慮電網(wǎng)緊急控制應用場景，僅依靠發(fā)電單元本體很多技術思路無法實施，或是改造成本太大。
南瑞集團有限公司創(chuàng)新引入“源控終端”概念，系統(tǒng)架構包括安全穩(wěn)定控制裝置、緊急態(tài)監(jiān)控裝置、源控終端。其中穩(wěn)控裝置是全景監(jiān)控系統(tǒng)的大腦，負責向上級穩(wěn)控裝置上送整站可切量、接收切機命令，優(yōu)化整站控制策略，向緊急態(tài)監(jiān)控裝置發(fā)送精準切機命令；緊急態(tài)監(jiān)控裝置是承上啟下的中間設備，負責整站機組狀態(tài)的實時匯聚，執(zhí)行精準切機策略，向源控終端發(fā)送切單機命令；源控終端是系統(tǒng)末端執(zhí)行設備，負責機組狀態(tài)毫秒級實時感知與上送，接收切機命令切除單臺機組。
第一，機組狀態(tài)全過程感知。利用每個發(fā)電單元部署的源控終端采集箱式變壓器低壓側電氣量、開關量，源控終端實時自主判斷機組狀態(tài)，并將該狀態(tài)實時上傳至緊急態(tài)監(jiān)控裝置，再至穩(wěn)控裝置，實現(xiàn)機組狀態(tài)電網(wǎng)事故前、事故中、事故后的全過程毫秒級狀態(tài)實時感知。
第二，功率損失量精確計算。緊急態(tài)監(jiān)控裝置實時采集源控終端上送的發(fā)電單元信息，在電網(wǎng)發(fā)生嚴重交直流故障時，接收電網(wǎng)故障信號觸發(fā)啟動進入功率損失量統(tǒng)計邏輯，考慮低穿的影響，只計及由于脫網(wǎng)導致的功率損失總量，并送至安全穩(wěn)定控制裝置，安全穩(wěn)定控制裝置將此損失量上送至電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)，用于大電網(wǎng)精準緊急控制。
第三，新能源精益柔性控制。當前，在電網(wǎng)緊急情況下對風電場和光伏電站的控制普遍采取直接切除饋線的方式，此方式單一、粗放，光伏逆變器功率快速調(diào)節(jié)特性為柔性控制提供了必要條件。新能源場站全景系統(tǒng)在收到緊急切機命令后，以單個發(fā)電單元為最小控制對象執(zhí)行控制命令，直接切除風電機組或向光伏逆變器發(fā)出功率調(diào)節(jié)指令，進行功率快速柔性控制，達到精益、柔性控制。
第四，可控資源監(jiān)視。安全穩(wěn)定控制層裝置向調(diào)度主站上送新能源場站發(fā)電單元以及系統(tǒng)運行工況等信息，用于新能源可控資源可視化、標簽化展示；電網(wǎng)發(fā)生故障時，安全穩(wěn)定控制層裝置通過動態(tài)錄波功能，記錄發(fā)電單元在電網(wǎng)事故前后的運行狀況，向調(diào)度主站上送錄波文件，用于事故追憶反演。
架構靈活 保障可靠
新能源場站全景監(jiān)控系統(tǒng)在技術創(chuàng)新上具有堅實基礎。系統(tǒng)架構做到了功能解耦、設計分層、接入方便、擴展靈活，狀態(tài)感知依靠機組狀態(tài)自主判別、故障過程實時跟蹤，精益控制達到整站優(yōu)化決策、單機精準切除、措施經(jīng)濟精細，可靠保障由系統(tǒng)狀態(tài)在線診斷、穩(wěn)控措施安全有效實現(xiàn)。具體技術創(chuàng)新體現(xiàn)在三個方面。
第一，首創(chuàng)提出全站新能源發(fā)電單元“毫秒級狀態(tài)聚合與控制解耦”的緊急控制系統(tǒng)架構。實現(xiàn)了新能源場站“過程層監(jiān)控、間隔層集控、站控層穩(wěn)控”三層毫秒級控制功能的清晰解耦及控制協(xié)調(diào)，使得新能源場站對機組的監(jiān)控在時間上拓展至毫秒級，在空間上拓展至單機組。
第二，首創(chuàng)實現(xiàn)新能源發(fā)電單元狀態(tài)快速感知方法。自主快速判斷風電機組、光伏逆變器當前狀態(tài)，解決了傳統(tǒng)穩(wěn)控系統(tǒng)無法快速獲取機組運行狀態(tài)的問題。
第三，首創(chuàng)實現(xiàn)基于最小過切原則的調(diào)/切資源協(xié)同優(yōu)化方法。該方法通過穩(wěn)控裝置補充切饋線措施來保證緊急控制滿足控制需求，實現(xiàn)新能源場站緊急控制核心功能不失效，解決設備異常情況下穩(wěn)定控制措施執(zhí)行不到位的問題。
新能源場站全景監(jiān)控系統(tǒng)的投運，夯實了西北電網(wǎng)系統(tǒng)保護源端感知和精益執(zhí)行的基礎，引領了新能源場站全景監(jiān)控技術的推廣應用，有力支撐了源網(wǎng)友好互動，對進一步提升西北電網(wǎng)穩(wěn)定控制的安全性和經(jīng)濟性具有重大意義。項目研發(fā)的全套技術裝備、積累的推廣應用經(jīng)驗、形成的專業(yè)技術標準，將為新型電力系統(tǒng)建設提供可靠技術和裝備保障，提升我國大型新能源基地安全穩(wěn)定運行水平，為“雙碳”目標下的新型網(wǎng)源協(xié)調(diào)體系建設提供重要參考。
（作者系南瑞集團有限公司電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制技術分公司控制廠站工程部項目經(jīng)理）
