12月11日，在青海海南千萬千瓦級新能源基地，隨著一道弧光劃破天際，世界最大規(guī)模新能源分布式調(diào)相機群人工短路擾動試驗完成。試驗進一步驗證了電源側(cè)分布式調(diào)相機群對保障大直流、高比例新能源電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要作用。近年來，國網(wǎng)青海省電力公司在電源側(cè)大規(guī)模分布式調(diào)相機技術創(chuàng)新方面開展了系列探索。
高占比新能源發(fā)電 考驗電網(wǎng)消納能力
寒冬時節(jié)，青海省海南藏族自治州共和縣的塔拉灘上晴空萬里，成片的光伏板熠熠生輝，風力發(fā)電機的巨大葉片迎風轉(zhuǎn)動……這個千萬千瓦級新能源基地正把豐富的太陽能和風能轉(zhuǎn)化為清潔電能。
青海省光伏資源理論可開發(fā)量達35億千瓦，風能可開發(fā)量超過0.75億千瓦，有10萬平方千米以上的荒漠化土地可用于光伏發(fā)電站和風電場建設……憑借得天獨厚的資源稟賦，青海省近年來大力推進清潔能源開發(fā)利用。截至11月30日，青海電網(wǎng)發(fā)電裝機達4070萬千瓦，其中新能源發(fā)電裝機2485萬千瓦，占比達61%。青海電網(wǎng)已經(jīng)成為全國清潔能源、新能源發(fā)電裝機占比最高的省域電網(wǎng)。
為實現(xiàn)青海新能源電力大規(guī)模外送消納，2018年11月7日，起于海南州共和縣、連接青藏高原和中原大地的世界首個新能源遠距離輸送大通道——±800千伏青?！幽咸馗邏褐绷鬏旊姽こ涕_工建設。這個新能源大通道額定容量為800萬千瓦，年滿負荷輸送電量達400億千瓦時。
2019年3月份，國家能源局印發(fā)《關于青海省海南州特高壓外送基地電源配置規(guī)劃有關事項的復函》，明確2020年青豫直流配套可再生能源基地一期清潔能源配套方案——風電裝機200萬千瓦、光伏發(fā)電裝機300萬千瓦、水電裝機146萬千瓦，以滿足2020年青豫直流送電規(guī)模達400萬千瓦的要求。
青豫直流配套電源中，風電、光伏發(fā)電項目建設如期推進，其中，海南近區(qū)風電、光伏發(fā)電裝機共400萬千瓦，海西地區(qū)裝機共100萬千瓦。受客觀因素影響，水電項目建設滯后，難以按期建成投運。
國網(wǎng)青海電力調(diào)控中心系統(tǒng)運行處處長陳春萌表示：“總體來看，青豫直流工程首期落地的配套電源以光伏發(fā)電和風電等新能源發(fā)電為主，新能源裝機占比較高。”據(jù)他介紹，青豫特高壓直流工程近區(qū)常規(guī)電源裝機規(guī)模較小，新能源電源裝機規(guī)模大、占比高，電壓支撐能力相對薄弱，導致了較為嚴重的暫態(tài)過電壓問題。大直流、高比例新能源電力系統(tǒng)安全問題成為階段性制約青豫直流工程送出能力的主要因素。
解決系統(tǒng)暫態(tài)過電壓問題，需從電網(wǎng)側(cè)和新能源發(fā)電側(cè)兩頭發(fā)力。為此，國網(wǎng)青海電力在青豫直流工程的起點——±800千伏青南換流站配置了4臺30萬千乏調(diào)相機。調(diào)相機2020年建成投產(chǎn)后，換流站的暫態(tài)過電壓問題得以有效解決。
然而，新能源發(fā)電側(cè)是暫態(tài)過電壓的最高點。如何抑制暫態(tài)過電壓問題，此前并無經(jīng)驗可借鑒，亟待突破創(chuàng)新。
創(chuàng)新研究分布式調(diào)相機
尋求技術突破
2019年，在國家電網(wǎng)有限公司的統(tǒng)籌指導下，國網(wǎng)西北分部、國網(wǎng)青海省電力公司、中國電力科學研究院有限公司、國網(wǎng)經(jīng)濟技術研究院有限公司等單位深入研究、科學論證，提出了在海南地區(qū)昕陽、夏陽、旭明、珠玉4個新能源匯集站安裝21臺分布式調(diào)相機的解決方案，并進一步明確了分布式調(diào)相機的具體性能指標。這是世界上首次在新能源發(fā)電側(cè)探索大規(guī)模安裝分布式調(diào)相機的實踐，可以助力解決新能源高占比帶來的暫態(tài)過電壓問題，大幅提升新能源電力送出水平。
“此次安裝的分布式調(diào)相機是一種布置在新能源發(fā)電站內(nèi)的高度集成化的小容量同步調(diào)相設備，具備優(yōu)異的暫態(tài)穩(wěn)態(tài)特性和無功調(diào)節(jié)能力，對維持電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定起到重要作用，同時可提高系統(tǒng)短路容量和短路比，從而支撐新能源電力大規(guī)模外送，為大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行保駕護航?！标惔好日f。
按照解決方案，新能源分布式調(diào)相機具有系統(tǒng)簡單、集成度高、調(diào)節(jié)性能好等優(yōu)點，既能發(fā)揮系統(tǒng)動態(tài)無功儲備的作用，又能為新能源電站提供次暫態(tài)、暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)的全過程無功補償與電壓支撐，極大提升青豫特高壓直流通道的新能源電力輸送能力。
被譽為電網(wǎng)“穩(wěn)壓器”的調(diào)相機在電網(wǎng)側(cè)早已大規(guī)模應用，而且技術成熟、產(chǎn)品豐富。然而國內(nèi)外尚無調(diào)相機在新能源場站應用的先例。青海電網(wǎng)海南新能源發(fā)電基地的21臺分布式調(diào)相機由國家電網(wǎng)公司統(tǒng)一組織安裝，由國家電投黃河上游水電開發(fā)有限責任公司投資建設，由哈爾濱電氣集團有限公司、上海電氣集團股份有限公司、東方電氣集團東方電機有限公司研發(fā)制造。
哈爾濱電機廠有限責任公司副總經(jīng)理李春廷介紹：“盡管大型調(diào)相機技術已相對成熟，但用于新能源發(fā)電側(cè)的分布式調(diào)相機從設計數(shù)據(jù)上看，在性能上較常規(guī)調(diào)相機需提升30%以上，而機組損耗需下降20%。”
三家研發(fā)制造企業(yè)抽調(diào)技術骨干組成專項攻關團隊，通過電磁設計的深度優(yōu)化、結構設計的不斷創(chuàng)新和原材料的高標準選擇，經(jīng)過多番設計迭代，最終打造出滿足要求、兼具性能和經(jīng)濟性的新型分布式調(diào)相機。
今年5月份，在青海省能源局的支持下，青海電網(wǎng)21臺分布式調(diào)相機正式啟動安裝。國網(wǎng)青海電力積極與各方溝通協(xié)調(diào)，全方位推進調(diào)相機涉網(wǎng)驗收、涉網(wǎng)調(diào)試、啟動方案審定、并網(wǎng)試驗及運行管理等工作，有力保障了調(diào)相機群順利并網(wǎng)。
新能源分布式調(diào)相機群
助力緩解新能源消納壓力
9月2日12時，在青海海南千萬千瓦級新能源基地，隨著330千伏旭明變電站1號調(diào)相機投入試運行，世界首臺新能源分布式調(diào)相機正式落戶青海。11月8日，首批11臺新能源分布式調(diào)相機全部投入使用，世界首個新能源分布式調(diào)相機群形成，帶動海南地區(qū)新能源消納能力提升185萬千瓦。
“這是世界上首次在電源側(cè)大規(guī)模安裝分布式調(diào)相機，對于推動新能源大規(guī)模開發(fā)利用，構建清潔低碳、安全高效的能源體系具有重要的示范引領意義?！眹译娏φ{(diào)度控制中心系統(tǒng)處專責張怡介紹，與傳統(tǒng)的無功補償裝置相比，分布式調(diào)相機具有故障瞬間電壓支撐能力強、暫態(tài)響應速度快等優(yōu)點，可作為電力系統(tǒng)電源側(cè)的“穩(wěn)定器”，未來將是新型電力系統(tǒng)的重要組成部分。
得益于分布式調(diào)相機的投運，11月16日、17日，青海電網(wǎng)新能源發(fā)電出力連續(xù)兩日突破千萬千瓦，達到1045萬千瓦和1061萬千瓦，較歷史峰值994萬千瓦分別提升了5.1%和6.7%。這兩日間，光伏發(fā)電大發(fā)時段青海全網(wǎng)用電負荷在980萬千瓦至1010萬千瓦，新能源出力持續(xù)超全網(wǎng)用電負荷，新能源日發(fā)電量最高達到1.07億千瓦時，占全省全天用電量的43.1%。此后，新能源發(fā)電出力及發(fā)電量屢創(chuàng)新高。
“由國家電網(wǎng)公司主導并推動的世界最大規(guī)模新能源分布式調(diào)相機群，首批11臺調(diào)相機經(jīng)實際運行驗證效果顯著?！眹W(wǎng)青海電力調(diào)度控制中心主任方保民介紹，這對青海新能源發(fā)電出力連續(xù)兩日創(chuàng)新高有著直接的推動作用，大幅緩解了新能源消納壓力。
“探索在電源側(cè)大規(guī)模安裝分布式調(diào)相機的實踐，將有效解決跨區(qū)直流輸電和新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)帶來的電壓穩(wěn)定問題，對于加快推動能源轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重大意義?！眹译娡饵S河上游水電開發(fā)有限責任公司工程技術部主管薛寧說。
今年前11個月，青海電網(wǎng)新能源總發(fā)電量達到313億千瓦時，同比增長37.9%。按照解決方案，明年21臺分布式調(diào)相機全部投產(chǎn)后，可提高青海海南地區(qū)新能源送出能力350萬千瓦，預計年均增發(fā)新能源電量70.2億千瓦時，相當于節(jié)約標準煤318.9萬噸，減排二氧化碳574.2萬噸。
在我國推進實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的大背景下，青海省正以迅速發(fā)展的清潔能源產(chǎn)業(yè)全力推動能源清潔低碳轉(zhuǎn)型。國網(wǎng)青海電力將繼續(xù)貫徹落實國家電網(wǎng)碳達峰、碳中和行動方案，持續(xù)探索大型新能源基地電網(wǎng)安全高效運行技術，全力推進新型電力系統(tǒng)省級示范區(qū)建設，助力青海打造國家清潔能源產(chǎn)業(yè)高地。
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