中國儲能網(wǎng)訊：能源是經(jīng)濟社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和動力源泉，攸關(guān)國計民生和國家安全。能源安全新戰(zhàn)略提出10年來，我國能源結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化，新能源發(fā)電已成為我國第二大電源。新能源高質(zhì)量發(fā)展依賴能源技術(shù)的迭代升級。國家電網(wǎng)堅持創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，不斷升級輸變電技術(shù)、新能源并網(wǎng)技術(shù)、電網(wǎng)智能調(diào)度技術(shù)等，加快建設(shè)新型能源體系，推動新能源“應并盡并、應發(fā)盡發(fā)”，為我國經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展和中國式現(xiàn)代化建設(shè)提供安全可靠的能源保障。
科技強電網(wǎng) 綠電送四方
大漠，戈壁，廣袤無垠。藍天白云下，曾經(jīng)飛沙走石的不毛之地，正加速形成一片片藍色海洋和白色森林。
在一排排光伏板和一座座風機周圍，電力鐵塔巍峨挺立，條條銀線綿延向前，將源源不斷的清潔電能送向遠方的千家萬戶。
2014年6月，習近平總書記提出“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略，為推動新時代能源高質(zhì)量發(fā)展提供了根本遵循。我國富煤、少油、缺氣，隨著現(xiàn)代化強國建設(shè)全面推進，能源消費將持續(xù)剛性增長。我國新能源資源豐富，以更大力度推動我國新能源高質(zhì)量發(fā)展，是未來能源發(fā)展的主要方向。
當前，人們對環(huán)境、空氣、水質(zhì)量等有了更高的追求，不斷擴大對清潔能源的應用，能夠解決依賴化石燃料所帶來的污染問題，滿足群眾對藍天白云、綠水青山的向往。
10年來，我國新能源年均保持兩位數(shù)的增長率，已成為全國新增電力裝機主體，占全球風電光伏新增裝機的一半以上。截至今年4月底，全國風電、光伏發(fā)電累計裝機超過11億千瓦。
推動新能源高質(zhì)量發(fā)展，對能源技術(shù)提出更高要求。10年來，國家電網(wǎng)持續(xù)強化能源技術(shù)革命，堅持創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，在特高壓輸變電、柔性直流、大電網(wǎng)控制等領(lǐng)域取得一大批具有自主知識產(chǎn)權(quán)、世界領(lǐng)先的重大成果。
在甘肅省酒泉市瓜州縣河東鄉(xiāng)，來自四面八方的清潔電能匯集到±800千伏祁連換流站，經(jīng)過換流升壓，可瞬間抵達2383千米之外的湖南韶山換流站。
甘肅是風光資源大省，±800千伏酒泉—湖南特高壓直流輸電工程是我國首個將大規(guī)模風電、光伏發(fā)電等新能源與火電打捆輸送的特高壓直流工程，也是國家“西電東送”重要通道。祁連換流站是±800千伏酒泉—湖南特高壓直流輸電工程的送端站，投運以來持續(xù)平穩(wěn)向華中地區(qū)輸送電量。
在±800千伏祁連換流站站長李寧瑞看來，穩(wěn)定的新能源送出離不開站內(nèi)2臺300兆乏調(diào)相機的功勞?！捌钸B換流站調(diào)相機工程于2018年10月投運，2臺調(diào)相機可以提升祁韶直流輸送能力100萬千瓦，有效緩解了河西走廊地區(qū)新能源受限局面，極大帶動了華中地區(qū)及甘肅地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展?！崩顚幦鹫f。
隨著特高壓輸電工程建設(shè)的蓬勃發(fā)展，跨區(qū)直流規(guī)?？焖僭鲩L，“強直弱交”矛盾突出，電網(wǎng)動態(tài)無功不足導致送、受端電網(wǎng)都存在不同程度的電壓穩(wěn)定問題。
調(diào)相機作為電網(wǎng)運行的“穩(wěn)壓器”和“壓艙石”，對改善電網(wǎng)功率因數(shù)、保障電網(wǎng)經(jīng)濟運行起到重要作用。它能根據(jù)系統(tǒng)需要，短時間內(nèi)提供大功率無功支撐，在電網(wǎng)電壓下降時自動增加無功輸出，在電網(wǎng)電壓上升時吸收無功功率，有效解決特高壓跨區(qū)直流輸電和風光新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)帶來的無功電壓穩(wěn)定問題，助力清潔能源消納。
據(jù)統(tǒng)計，5月份甘肅新能源發(fā)電量80.55億千瓦時，占甘肅電網(wǎng)總發(fā)電量的47%，創(chuàng)歷史新高?！笆奈濉币詠恚拭C新能源累計新增裝機超過3300萬千瓦。截至目前，裝機占比已突破61%。
我國西部、北部新能源資源稟賦優(yōu)越，但用能需求較低，加快跨省跨區(qū)輸電通道建設(shè)成為必然選擇。截至2023年年底，國家電網(wǎng)在國內(nèi)建成35項特高壓工程，累計送電超過2.9萬億千瓦時，有力支撐了“西電東送、北電南供”，促進了清潔能源在全國范圍內(nèi)的優(yōu)化配置。
破解新難題 并網(wǎng)更高效
在“雙碳”目標引領(lǐng)下，我國新能源裝機持續(xù)快速增長，已成為第二大電源。未來我國將在沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)加快規(guī)劃建設(shè)大型風電和光伏基地，同時大力發(fā)展分布式新能源，推進海上風電基地建設(shè)。
新能源大規(guī)模并網(wǎng)后，電力系統(tǒng)電力電子化程度逐年提高，逐步向高比例新能源和高比例電力電子設(shè)備的“雙高”趨勢發(fā)展。
隨著以風電和光伏發(fā)電為主的新能源裝機規(guī)模與占比的不斷提高，新能源并網(wǎng)穩(wěn)定運行成為新能源持續(xù)發(fā)展的技術(shù)瓶頸。
高比例新能源并網(wǎng)導致電網(wǎng)的控制方式和結(jié)構(gòu)都有較大的改變，系統(tǒng)不同時間尺度的交互作用也更加復雜，電力系統(tǒng)出現(xiàn)的振蕩頻率范圍也更加寬廣，由電力電子設(shè)備與電網(wǎng)交互引發(fā)的寬頻振蕩問題愈發(fā)突出，容易導致新能源脫網(wǎng)、設(shè)備損壞等問題，進而危及電網(wǎng)安全和影響新能源消納水平。
為保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，加快建設(shè)新型能源體系，促進新型電力系統(tǒng)發(fā)展，寬頻振蕩是必須面臨和解決的問題之一。
作為國家電網(wǎng)科技創(chuàng)新的主力軍，中國電力科學研究院依托可再生能源并網(wǎng)全國重點實驗室，開展十余年的持續(xù)技術(shù)攻關(guān)與自主創(chuàng)新，攻克了新能源發(fā)電集群并網(wǎng)系統(tǒng)寬頻振蕩的分析與抑制難題，形成了“機理明晰、分析準確、抑制有效”的整體解決方案，有效解決了新能源集群經(jīng)交流、常規(guī)直流、柔性直流等不同送出場景發(fā)生振蕩的實際工程問題。
畢業(yè)于華中科技大學的博士肖云濤是可再生能源并網(wǎng)全國重點實驗室的一員，令他自豪的是，經(jīng)過團隊的努力，他們讓新能源寬頻阻抗測量裝置從實驗室走進了新能源場站，為解決寬頻振蕩問題提供了新思路、新方法、新手段。
“新能源阻抗決定振蕩特性，阻抗準確獲取是振蕩分析的基本前提。我們之前主要依靠設(shè)備廠商提供的數(shù)據(jù)進行仿真，但這樣得到的阻抗數(shù)據(jù)不夠準確，影響寬頻振蕩問題的研判，因此我們開始研究新能源寬頻阻抗測量裝置，到現(xiàn)場實際測量獲取準確數(shù)據(jù)?！毙ぴ茲f。
該裝置是可再生能源并網(wǎng)全國重點實驗室自主研制的適用于16兆瓦以下新能源機組阻抗實測的移動式測試裝備，可以對新能源機組2~1000赫茲范圍內(nèi)的正、負序阻抗進行實測，進而開展新能源機組結(jié)構(gòu)化建模以及新能源寬頻振蕩問題的分析與抑制。該裝置填補了寬頻阻抗現(xiàn)場實測世界空白，并榮獲2024年第49屆日內(nèi)瓦國際發(fā)明展金獎。
自2023年起，該裝置在河北、內(nèi)蒙古、寧夏、陜西、云南等多地推廣應用，解決了新能源并網(wǎng)寬頻振蕩問題，為提升沙戈荒、深遠海等大規(guī)模新能源基地并網(wǎng)穩(wěn)定性及送出能力提供了技術(shù)支撐。
“有了這項技術(shù)，我們在新能源場站并網(wǎng)前也可以提供更科學的振蕩風險評估報告，指導新能源場站及時優(yōu)化并網(wǎng)特性，最大程度避免寬頻振蕩問題，促進新能源安全高效并網(wǎng)，為我國能源綠色低碳轉(zhuǎn)型貢獻力量。”肖云濤說。
調(diào)節(jié)更靈活 風光消納好
積極發(fā)展清潔能源，推動經(jīng)濟社會綠色低碳轉(zhuǎn)型，已經(jīng)成為國際社會的普遍共識。
經(jīng)過持續(xù)攻關(guān)和積累，我國多項新能源技術(shù)和裝備制造水平已全球領(lǐng)先，建成了世界上最大的清潔電力供應體系。但新能源“靠天吃飯”，具有間歇性、波動性等天然缺陷，對電網(wǎng)的系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力提出更高要求。
近日，世界首個柔性直流電網(wǎng)工程——±500千伏張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)試驗示范工程（以下簡稱“張北柔直工程”）累計向京津冀地區(qū)輸送“綠電”達301.64億千瓦時，相當于820余萬戶家庭一年的用電量。
張北柔直工程采用我國原創(chuàng)的柔性直流輸電技術(shù)，創(chuàng)造12項世界紀錄，讓張北壩上隨機波動的風電、光伏發(fā)電等清潔能源轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定可靠的電能，源源不斷送往京津冀。
國網(wǎng)冀北電力有限公司電力科學研究院電網(wǎng)技術(shù)中心副主任黃天嘯是張北壩上的?？?，10年來，他見證了張北新能源的蓬勃發(fā)展?！?0年前，我印象中的張北縣城只有兩條街，如今隨著新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，縣城里越來越繁華，每次來都有新發(fā)現(xiàn)?！秉S天嘯說。
新能源的大規(guī)模發(fā)展對張北柔直工程提出了更高需求。為保障新能源送出和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，國家電網(wǎng)針對柔直電網(wǎng)技術(shù)的特殊性，探索應用先進的“構(gòu)網(wǎng)型開環(huán)控制策略”，有效平抑新能源出力隨機波動給柔直電網(wǎng)帶來的影響，減少系統(tǒng)運行故障發(fā)生率，大幅提高柔直電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力和靈活性，提升“綠電”輸送能力30%以上，工程實現(xiàn)450萬千瓦滿功率運行。
構(gòu)網(wǎng)型控制類似于火車頭（傳統(tǒng)同步發(fā)電機），本身具備動力源（電壓幅值、頻率、相位），可以獨立載客運行，也可以與其他火車頭、火車廂組合載客運行。為了提高載客能力，需要提高火車頭比例（構(gòu)網(wǎng)型設(shè)備或傳統(tǒng)同步機）。
構(gòu)網(wǎng)型控制策略通過變革控制技術(shù)使得電力電子裝置擬合傳統(tǒng)發(fā)電機特性，讓交流電網(wǎng)的“負擔”升級為“支柱”，從根本上擺脫現(xiàn)有柔性直流系統(tǒng)對電網(wǎng)強度的依賴，轉(zhuǎn)而為電網(wǎng)強度提供主動支撐，保障電網(wǎng)安全。
“柔性直流電網(wǎng)電力電子裝置占比高，控制難度很大。構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)可以使電網(wǎng)運行狀態(tài)不再隨新能源的波動而波動，有利于新能源高比例接入直流輸電系統(tǒng)，提高新能源消納水平?！秉S天嘯說。
在大型風光基地蓬勃發(fā)展的同時，我國分布式新能源也在茁壯成長，給電網(wǎng)供需平衡帶來新挑戰(zhàn)。
在浙江衢州，以光伏為代表的新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)，高峰時段，衢州地區(qū)60%的供電都來自光伏發(fā)電。光伏電站有光即發(fā)，無光即停，一旦天氣發(fā)生變化，供電能力將大幅波動。
浙江衢州供電公司利用數(shù)字化手段，開發(fā)水光儲余缺互濟智能柔性精準調(diào)控系統(tǒng)，利用水電與儲能的調(diào)節(jié)特性，來平衡光伏發(fā)電波動，實現(xiàn)分布式電站由“獨立運行，各管一家”向“余缺互濟，集群調(diào)控”模式轉(zhuǎn)變。
例如，當預測光伏出力下降時，根據(jù)預測提供的調(diào)節(jié)需求，系統(tǒng)立即調(diào)取當前水電站和儲能電站運行信息，生成一份調(diào)度策略表，要求儲能電站即刻開始充電，并提前規(guī)劃好水電機組的開機計劃。當用電高峰來臨時，由儲能和水電形成綜合充電寶進行有序放電，提高電網(wǎng)保供能力。
新能源取之不盡、用之不竭，是未來能源的發(fā)展方向。為適應這一趨勢，國家電網(wǎng)將進一步強化科技創(chuàng)新，以更大力度推動新能源高質(zhì)量發(fā)展，為經(jīng)濟社會發(fā)展提供更多新動能。
