中國儲能網訊：截至2024年年底，國網河北省電力有限公司經營區(qū)內風電、光伏發(fā)電裝機超過4200萬千瓦。其中，光伏發(fā)電裝機約3730萬千瓦，滲透率位居全國前列。面對新能源大規(guī)模接入，電網需要應對源荷多級整流逆變、潮流反復逆轉、電能質量控制等問題。
河北電力科學研究院在研究含高滲透率光伏發(fā)電設備的電力系統(tǒng)運行機理的基礎上，構建了安全組網、穩(wěn)定構網和優(yōu)質供電體系。相關成果在平山縣營里鄉(xiāng)、安新縣安新鎮(zhèn)王家寨村、涉縣合漳鄉(xiāng)等地推廣應用，提升了電網運行可靠性和供電質量。
安全組網：基于電網拓撲變化的防孤島方法可有效辨識光伏發(fā)電系統(tǒng)是否孤島運行
在電網檢修或極端天氣等突發(fā)情況導致電網暫停供電時，光伏發(fā)電系統(tǒng)可能脫離電網孤島運行，威脅人身和設備安全。
2017年，河北電科院成立柔性攻關團隊，依托河北省能源互聯(lián)網仿真建模與控制重點實驗室建成中低壓交直流電網互聯(lián)真型試驗平臺及硬件在環(huán)半實物實時仿真系統(tǒng)，開展安全組網、協(xié)同控制策略驗證，防止出現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)孤島運行情況。
光伏發(fā)電系統(tǒng)孤島運行時仍能暫時維持局部供電，且無明顯電壓或頻率波動，所以不易被及時發(fā)現(xiàn)。為快速辨識出光伏發(fā)電系統(tǒng)是否正處于孤島運行狀態(tài)，攻關團隊提出了基于電網拓撲變化的防孤島方法。該方法是在交直流電網連接處注入交流電壓分量，通過檢測電源出口處電壓的變化來判斷光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行狀態(tài)。
“這種辨識方法準確、高效，能及時發(fā)現(xiàn)潛在的風險和安全隱患，保障整個供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行及用戶用電安全?！惫リP團隊帶頭人王磊說，“同時，使用這種方法不需要增加一次設備，改造成本也相對較低。”
基于相關成果，2021年，攻關團隊還研制了防孤島設備——光伏臺區(qū)智能調控終端，并申請了7項國家發(fā)明專利。
穩(wěn)定構網：開展光伏電站實測建模確保仿真計算結果準確
隨著光伏滲透率的不斷提高，河北南網的穩(wěn)定特性已發(fā)生深刻變化。而目前新能源典型計算模型中的參數(shù)無法準確反映當?shù)仉娋W的實際特性。
為確定新能源典型計算模型中的參數(shù)，2022年，攻關團隊運用硬件在環(huán)實時仿真技術，開展光伏逆變器在不同功率、不同跌落深度、不同故障類型條件下的數(shù)十種工況測試，基于測試數(shù)據來確定光伏逆變器模型參數(shù)，并運用電力系統(tǒng)分析計算軟件進行相同工況的仿真驗證，不斷優(yōu)化參數(shù)，確保仿真結果與測試結果一致。
“我們融合物理仿真與數(shù)字仿真的優(yōu)勢，使新能源典型計算模型具備了高逼真度的特點，能準確反映光伏逆變器的運行參數(shù)，確保了仿真計算結果的精確度。”王磊介紹。
在建模過程中，攻關團隊針對河北南網光伏逆變器參數(shù)復雜等問題，構建全實物仿真平臺，拓展實測建模測試手段，利用光伏模擬器模擬實際光伏電源，利用雙向可編程交流電源模擬大電網環(huán)境，最大限度還原光伏電站真實工況，提升了實測建模效率。
截至目前，攻關團隊已經完成了河北南網共計235座光伏電站的實測建模，實現(xiàn)了光伏逆變器、雙向儲能變流器、靜止無功補償器的全場景、全要素仿真建模，增強了安全穩(wěn)定邊界計算能力。此外，他們還完成了64座風電場的實測建模。后續(xù)，攻關團隊將針對分布式光伏開展建模。
電能質量控制：每隔1分鐘回傳監(jiān)測數(shù)據
“本次監(jiān)測沒有發(fā)現(xiàn)諧波超標，可以判斷電能質量合格?！?月27日，在河北省能源互聯(lián)網仿真建模與控制重點實驗室，攻關團隊成員周文和蘇燦利用自主研發(fā)的電能質量監(jiān)測平臺光伏電能質量在線監(jiān)測模塊，監(jiān)測邯鄲地區(qū)試點光伏臺區(qū)的電能質量。監(jiān)測結果可為提升電能質量研究工作提供數(shù)據。
光伏電源大量接入電網會在一定程度上影響電能質量。在我國，以往電網電壓波形是頻率為50赫茲的正弦波，而光伏電源輸出功率受天氣影響不斷變化，會產生諧波，影響供電電壓。2023年，攻關團隊基于現(xiàn)實需求，升級了原有的電能質量監(jiān)測平臺，增加了光伏電能質量在線監(jiān)測模塊。
“目前，電能質量監(jiān)測平臺共有192個監(jiān)測點。安裝在新能源場站、分布式光伏并網點的電能質量在線監(jiān)測終端每隔1分鐘將監(jiān)測數(shù)據上傳至平臺。當電能質量指標超出設定的閾值時，平臺會發(fā)出告警信息，并將信息推送至相關運維人員。運維人員根據告警信息采取相應的措施，提升電能質量。”周文說。
攻關團隊的相關成果已獲2023年度河北省科學技術進步獎一等獎，還在河北省企業(yè)職工創(chuàng)新創(chuàng)效競賽中獲企業(yè)職工突破性創(chuàng)新成果一等獎。
