攻克送端系統穩定控制促進可再生能源跨區消納

2017-11-15 11:05:10 科技日報　點擊量：評論 (0)

大力發展可再生能源是我國保障能源安全、應對氣候變化的重要舉措，風力發電和光伏發電是我國可再生能源利用的主要方式。根據十三五規劃，到2020年我國風、光發電裝機容量將達到3 2億千瓦，其中2億千瓦位于三北地

大力發展可再生能源是我國保障能源安全、應對氣候變化的重要舉措，風力發電和光伏發電是我國可再生能源利用的主要方式。根據“十三五”規劃，到2020年我國風、光發電裝機容量將達到3.2億千瓦，其中2億千瓦位于“三北”地區。為解決“三北”地區可再生能源消納問題，已建、在建和規劃建設特高壓直流外送通道有8條，目前和將來一段時間，大基地、直流送出將是我國可再生能源開發利用的主導形式。

“可再生能源發電基地直流外送系統的穩定控制技術”項目示意圖

高比例電力電子裝備接入安全穩定問題突出

與以同步發電機為主導的傳統電力系統相比，可再生能源發電基地直流外送系統最大的特征在于高比例的電力電子裝備接入，主要包括風光發電、動態無功補償、直流輸電等。以新疆哈密天中直流送端系統為例，風光發電容量超過10GW，動態無功補償容量超過2GW，直流輸電容量8GW，而同步發電機容量僅為5GW，電力電子裝備容量遠大于同步發電機容量。

在電力電子裝備控制特性的主導作用下，可再生能源發電基地直流外送系統的動態特性與傳統電力系統差異巨大，系統的穩定分析和控制面臨嚴峻挑戰。目前已開始凸顯的問題主要有兩個方面：正常工況下振蕩事故頻發，新疆哈密—鄭州直流送端電網已發生次/超同步振蕩100余次，曾導致3臺直流配套火電機組同時跳機；交、直流故障下連鎖脫網事故風險加大，初步計算表明，甘肅酒泉—湖南直流送出功率將因此受到限制。

兩大科學難題和一項關鍵技術

據國家重點研發計劃項目“可再生能源發電基地直流外送系統的穩定控制技術”負責人康勇教授介紹，本項目以解決目前系統存在的上述兩大問題為主線，攻克兩大科學難題和一項關鍵技術：

1.多樣化裝備動態相互作用及寬頻帶振蕩機理

可再生能源發電基地直流外送系統中，電力電子發電裝備數量巨大，控制復雜且存在多時間尺度耦合，基地間及其與直流輸電的動態相互作用加劇，導致寬頻帶振蕩機理不明，建模與分析面臨極大挑戰。

2.多機多時間尺度暫態過程耦合機理及系統暫態行為演化規律

復雜控制作用下，多樣化裝備間呈現多時間尺度的電壓功角耦合，可再生能源發電裝備動態特性與同步發電機迥異，交/直流故障時控制存在非線性切換現象，導致系統暫態行為演化規律更為復雜，亟須探索新條件下系統暫態穩定機理。

3.寬頻帶振蕩抑制與暫態穩定控制技術

由于系統穩定機理不清、動態相互作用復雜，目前缺乏有效的寬頻帶振蕩抑制方法、弱同步電網下基地暫態穩定控制困難，制約了可再生能源的跨區消納，亟待突破寬頻帶振蕩抑制與暫態穩定控制技術。

項目牽頭單位中國電力科學研究院是我國電力行業最具實力的多學科、綜合性科研機構。團隊成員包括我國5個電氣工程一級學科國家重點學科所在高校，擁有包含6個國家重點實驗室在內的16個國家級研發平臺。項目負責人康勇教授長期從事電力電子在電力系統中的應用方面的科研工作，現任強電磁工程與新技術國家重點實驗室常務副主任。

項目將提出弱同步電網中可再生能源發電基地直流外送系統的穩定控制理論與方法，形成包括論文、發明專利、國家/行業標準等一系列自主知識產權；研制35kV/1MVA寬頻帶阻抗測量裝備，研發35kV/5MW級含風/光發電、同步發電機和直流輸電的動態模擬平臺，驗證短路比小于2條件下控制方法的有效性；項目成果直接應用于新疆、甘肅千萬千瓦可再生能源基地，解決寬頻帶振蕩和直流功率受限問題，并推廣應用，提升我國大規模可再生能源并網消納水平，促進經濟社會可持續發展。