11月9日，國電南瑞電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制分公司的“風(fēng)電規(guī)模化接入后電網(wǎng)安全穩(wěn)定緊急控制技術(shù)與應(yīng)用”項目，通過中國電機(jī)工程學(xué)會的鑒定。該項目進(jìn)行了大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的緊急控制技術(shù)研究，完成了控制系統(tǒng)的研制，為大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)安全穩(wěn)定控制提供了理論支撐和技術(shù)手段。
鑒定專家組一致認(rèn)為，該項目研究成果滿足了風(fēng)電規(guī)模化接入電網(wǎng)安全運(yùn)行的實際需求，對保障風(fēng)電規(guī)模化地區(qū)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、提高風(fēng)電送出和消納水平有重要作用，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會效益和推廣應(yīng)用前景，總體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，部分成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
安全穩(wěn)定控制亟需優(yōu)化
“規(guī)模化開發(fā)、集中并網(wǎng)”已經(jīng)成為我國風(fēng)電開發(fā)利用的主要模式之一。根據(jù)規(guī)劃，我國將在甘肅、新疆、內(nèi)蒙古等地建成9個千萬千瓦級風(fēng)電基地。然而，風(fēng)電出力具有隨機(jī)性，可控性不足，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)將嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
國電南瑞安全穩(wěn)定控制分公司開發(fā)部負(fù)責(zé)人介紹說，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制主要分為預(yù)防控制和緊急控制。在預(yù)防控制方面，南瑞研發(fā)了大型集群風(fēng)電有功智能控制系統(tǒng)，于2010年在甘肅投運(yùn)，實現(xiàn)了從人工控制到智能控制的轉(zhuǎn)變。而在緊急控制方面，目前仍采取傳統(tǒng)模式。
“在傳統(tǒng)模式下，電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置跳閘判斷依據(jù)的開發(fā)和驗證，都基于常規(guī)電源接入的電網(wǎng)，控制手段、方法精細(xì)化程度不足，控制策略的經(jīng)濟(jì)性、協(xié)調(diào)性不夠。”該公司負(fù)責(zé)人表示。
大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行后，由于風(fēng)電機(jī)組出力特性、運(yùn)行特性與常規(guī)電源不同，可能導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定特性發(fā)生變化，易造成欠控或過控，傳統(tǒng)電網(wǎng)緊急控制策略難以適用。
“控制量不夠解決不了問題，過度控制不但經(jīng)濟(jì)性差，還容易引發(fā)控制的負(fù)效應(yīng)。這些都給電網(wǎng)安全造成了隱患。”該公司新技術(shù)預(yù)研部負(fù)責(zé)人表示，風(fēng)機(jī)的有功出力特性、低電壓穿越能力等涉網(wǎng)運(yùn)行特性與水火電源不同，系統(tǒng)發(fā)生故障后，若系統(tǒng)頻率、電壓達(dá)到風(fēng)機(jī)涉網(wǎng)保護(hù)動作定值，風(fēng)機(jī)就會主動脫網(wǎng)。若不考慮這些因素，風(fēng)機(jī)主動脫網(wǎng)量與穩(wěn)控裝置控制量疊加可能會導(dǎo)致過切，引發(fā)新的安全穩(wěn)定問題。
目前，國內(nèi)用于提高風(fēng)電送出能力的電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)還處于初級階段，其實現(xiàn)方法都是在電網(wǎng)故障時通過采取緊急控制措施保障電網(wǎng)運(yùn)行。
深度結(jié)合風(fēng)電特性進(jìn)行研發(fā)
要控制風(fēng)電，必先研究風(fēng)電本身。“風(fēng)電規(guī)模化接入后電網(wǎng)安全穩(wěn)定緊急控制技術(shù)與應(yīng)用”項目深入開展了風(fēng)電場等值建模、風(fēng)電接入對電網(wǎng)安全穩(wěn)定性及穩(wěn)定控制的影響研究。針對風(fēng)電出力波動、風(fēng)電涉網(wǎng)保護(hù)動作等導(dǎo)致的傳統(tǒng)控制策略不適應(yīng)問題，該項目提出緊急控制量動態(tài)修正、過載控制等方法。
“在進(jìn)行切機(jī)時，系統(tǒng)充分利用新能源的分散組合特點，遵循切機(jī)量最小原則，優(yōu)先選擇風(fēng)電出力不斷增加的風(fēng)機(jī)，降低再次發(fā)生過載的概率。”該公司開發(fā)部主要負(fù)責(zé)人介紹，目前該種過載控制方法已成功獲批國家專利。
我國風(fēng)電主要集中在“三北”地區(qū)，本地消納能力不足，以外送電力為主，當(dāng)外送通道中斷后，容易出現(xiàn)電網(wǎng)頻率波動問題。目前，并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)機(jī)受設(shè)備自身控制性能的限制，一般無法自動參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)。此外，為了保護(hù)風(fēng)機(jī)裝置，風(fēng)機(jī)都裝設(shè)了電壓、頻率等涉網(wǎng)保護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)電壓或頻率偏離風(fēng)機(jī)可運(yùn)行的范圍時，風(fēng)電場的涉網(wǎng)保護(hù)動作，使得部分或者全部風(fēng)機(jī)退出運(yùn)行。若多個風(fēng)電場的保護(hù)定值整定不協(xié)調(diào)，大量風(fēng)機(jī)同時退出運(yùn)行，就可能導(dǎo)致系統(tǒng)頻率特性惡化。
項目組基于實際電網(wǎng)數(shù)據(jù)，分析了影響頻率特性的關(guān)鍵因素，制定了含風(fēng)電系統(tǒng)孤網(wǎng)后高頻控制策略。系統(tǒng)運(yùn)行既能保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，又保證了風(fēng)電送出的最大最優(yōu)化。“經(jīng)濟(jì)效益是風(fēng)場的，安全效益是電網(wǎng)的。”該公司開發(fā)部負(fù)責(zé)人說。
讓清潔能源更安全
目前，大規(guī)模風(fēng)電集中并網(wǎng)安全穩(wěn)定緊急控制系統(tǒng)已在甘肅、寧夏、遼寧等風(fēng)電集中地區(qū)投入應(yīng)用，結(jié)果表明：運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，在保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定、提高風(fēng)電送出和消納水平方面發(fā)揮了重要作用。多地應(yīng)用結(jié)果顯示，該系統(tǒng)可使風(fēng)電場發(fā)電量提高5%以上。
我國是世界上風(fēng)電發(fā)展速度最快的國家。但由于電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)滯后于風(fēng)電發(fā)展速度，風(fēng)電送出受限。大規(guī)模風(fēng)電集中并網(wǎng)安全穩(wěn)定緊急控制系統(tǒng)可在我國多個規(guī)劃的風(fēng)電基地推廣，緩解風(fēng)電送出瓶頸。
南瑞集團(tuán)正在加大投入進(jìn)行清潔能源接入研究。現(xiàn)階段，國電南瑞安全穩(wěn)定控制分公司作為主要研究單位參與國家863項目“風(fēng)電場、光伏電站集群控制系統(tǒng)研究與開發(fā)”的研究工作，該項目依托千萬千瓦級風(fēng)電基地、百萬千瓦級光電基地，攻克風(fēng)電場、光伏電站集群控制系統(tǒng)在監(jiān)測控制、策略制定、設(shè)計集成和運(yùn)行管理中的關(guān)鍵技術(shù)，建設(shè)集群控制系統(tǒng)示范工程。
按照計劃，國家863項目將于今年年底完成，屆時將實現(xiàn)對大規(guī)模新能源集群化控制，從根本上改善風(fēng)電、光伏發(fā)電消納現(xiàn)狀。
