中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：能源電力清潔低碳轉(zhuǎn)型過(guò)程中，新能源裝機(jī)占比不斷提高，高比例新能源、高比例電力電子設(shè)備的“雙高”特征愈加突出，電力系統(tǒng)運(yùn)行特性發(fā)生了深刻變化，寬頻振蕩問(wèn)題成為影響“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(lái)，我國(guó)學(xué)者在新能源并網(wǎng)系統(tǒng)寬頻振蕩分析與抑制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。
中國(guó)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)攻克了新能源發(fā)電集群在交流弱電網(wǎng)、串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路、常規(guī)直流、柔性直流等不同送出場(chǎng)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。
10月13日，王偉勝與同事李光輝、何國(guó)慶等人撰寫(xiě)的《新能源并網(wǎng)系統(tǒng)寬頻振蕩分析與抑制》英文版面向海內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行。該書(shū)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(guó)經(jīng)驗(yàn)。
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(wèn)題在不同國(guó)家和地區(qū)相繼出現(xiàn)。2009年，美國(guó)得克薩斯州某風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)串補(bǔ)線(xiàn)路送出線(xiàn)路發(fā)生20赫茲振蕩。2014年，德國(guó)北海海上風(fēng)電直流送出工程發(fā)生250～350赫茲振蕩。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(chǎng)景包括交流弱電網(wǎng)、串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)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(jiǎn)單、場(chǎng)景單一的系統(tǒng)。而海量的新能源場(chǎng)站使得并網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模龐大，新能源功率隨機(jī)波動(dòng)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行方式復(fù)雜，涉及送出場(chǎng)景多，因而傳統(tǒng)的阻抗方法難以解決該類(lèi)復(fù)雜系統(tǒng)的寬頻振蕩問(wèn)題。
中國(guó)電科院攻關(guān)團(tuán)隊(duì)在傳統(tǒng)的阻抗方法基礎(chǔ)上開(kāi)展了大量創(chuàng)新性研究工作，建立了包含風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、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(chǎng)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(wèn)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)事故是不斷發(fā)展演化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，亟須研發(fā)高效仿真平臺(tái)，開(kāi)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(guó)資源與負(fù)荷呈逆向分布，大基地開(kāi)發(fā)、遠(yuǎn)距離送出是新能源開(kāi)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(wàn)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，且由于新能源機(jī)組控制受到商業(yè)保護(hù)，控制“灰箱化”，導(dǎo)致無(wú)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)，中國(guó)電科院攻關(guān)團(tuán)隊(duì)通過(guò)采集國(guó)家能源大型風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)系統(tǒng)研發(fā)（試驗(yàn)）中心新能源機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)試驗(yàn)-控制在環(huán)-源代碼封裝”模型校核技術(shù)，獲取了精確的新能源發(fā)電仿真模型，模型誤差為國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)值的1/5。
在此基礎(chǔ)上，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)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(chǎng)站等值技術(shù)，建立了千萬(wàn)千瓦級(jí)新能源發(fā)電集群全電磁暫態(tài)仿真平臺(tái)，用于寬頻振蕩事故過(guò)程的復(fù)現(xiàn)和抑制策略驗(yàn)證。目前，依托該平臺(tái)，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)針對(duì)我國(guó)多個(gè)新能源場(chǎng)站實(shí)際開(kāi)展了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)，已完成覆蓋我國(guó)在運(yùn)80%的新能源機(jī)組型號(hào)設(shè)備的并網(wǎng)性能提升，促進(jìn)了主流新能源發(fā)電制造商所產(chǎn)設(shè)備的控制性能優(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(lái)，中國(guó)電科院攻關(guān)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(wàn)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(chǎng)站和直流工程開(kāi)展寬頻振蕩抑制，有力支撐了新能源發(fā)電集群在多送出場(chǎng)景中的穩(wěn)定運(yùn)行，為大規(guī)模新能源并網(wǎng)寬頻振蕩問(wèn)題分析與抑制積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
攻關(guān)團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)多個(gè)工程寬頻振蕩事故的研究發(fā)現(xiàn)，寬頻振蕩問(wèn)題在工程的設(shè)計(jì)、調(diào)試階段可以進(jìn)行事先干預(yù)。這不僅能避免寬頻振蕩事故，還可以支撐設(shè)備制造企業(yè)、新能源企業(yè)、電網(wǎng)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，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)提出了寬頻振蕩整體解決方案。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)有新能源主流機(jī)型設(shè)備制造水平，提出并網(wǎng)技術(shù)改進(jìn)建議，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)對(duì)±800千伏哈密—重慶、陜西—河南、寧夏—湖南等特高壓直流送出工程開(kāi)展前期系統(tǒng)振蕩風(fēng)險(xiǎn)分析、技術(shù)要求制訂等工作，為工程提供詳細(xì)的系統(tǒng)寬頻振蕩抑制策略。
提及新能源并網(wǎng)系統(tǒng)寬頻振蕩分析與抑制研究工作，王偉勝說(shuō)：“科研工作要以國(guó)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?？蒲谐晒?jīng)得起工程實(shí)踐的檢驗(yàn)?！?
