3月初，國網冀北電科院牽頭完成的“大規模風電匯集電網三相不平衡和諧波分析與治理關鍵技術”成果順利通過中電聯組織的視頻鑒定會。專家一致認為，項目研究成果整體達到國際先進水平。據悉，這將有助于解決大規模風電匯集電網的電壓不平衡和諧波問題，助力新能源并網消納。
大規模開發、遠距離輸送
電壓不平衡問題突出
以風電、光伏為代表的新能源，歷經十年跨越發展，迅速完成了從補充性能源到替代能源的轉變。“高比例、強隨機、小容量的新能源機組集中接入弱電網，給電網安全穩定運行帶來了巨大挑戰。”國網冀北電科院智能電網與新能源研究所高級工程師陳璨認為，“三北”地區是全國風光資源富集地區，“三華”是負荷集中地區，冀北電網地處華北電網核心，風電運行具有典型性。
“截至2019年12月，冀北電網并網容量已達1409萬千瓦，占比居各省級電網之首，由于風電普遍采用‘大規模集中式開發，高電壓遠距離輸送’的開發模式，電壓不平衡問題較為突出。”陳璨表示，近年來隨著風電和電氣化鐵路的快速發展，出現了電鐵牽引站和新能源匯集站同站或近站接入的情況，電鐵負荷的接入惡化了大規模風電匯集電網的電壓不平衡和諧波等電能質量指標。
以冀北電網為例，冀北電網風電主要匯集的張家口、承德地區同時是大秦鐵路、張唐鐵路、京張高鐵等電氣化鐵路穿越區域，張家口沽源地區電壓不平衡度常年高達3%，超過了國標中關于電網電壓不平衡度長時間不超過2%的規定，部分風電場頻繁發生風電機組因電壓不平衡造成的變流器故障而脫網。
產學研攻關、綜合治理措施
保障風電匯集電網安全運行
“開展大規模風電匯集電網三相不平衡和諧波分析及治理技術研究，闡明現象機理并探索可行的解決方案，是提升電網電壓品質和新能源運行水平的重要手段。” 陳璨表示，目前新能源匯集電網面臨的三相不平衡及諧波的表征形式、產生機理及誘因與傳統電網差別較大，相關成熟技術不完全適用。
據悉，為了解決大規模風電匯集電網的電壓不平衡和諧波問題，國網冀北電科院組建了產學研聯合攻關團隊，聯合北京交通大學、中國農業大學、華北電力大學、新疆金風科技股份有限公司、國電南瑞科技股份有限公司、國網山東省電力公司電力科學研究院和國網冀北電力有限公司承德供電公司進行技術攻關，深入研究了大規模風電匯集電網三相電壓不平衡機理，分析了電鐵負荷接入后與大規模風電匯集電網的交互影響，從風電機組、電鐵牽引站、電網三方面提出了電壓不平衡與諧波的綜合治理措施，有效保障了復雜電能質量環境下風電匯集電網的安全運行。
全國范圍推廣、經濟效益顯著
優化電鐵牽引站選址
據悉，該項目成果已應用于冀北電網和山東電網，完成了64座風電場電能質量評估和5座風電場的電壓不平衡和諧波治理，研發的風電機組變流器綜合控制技術已經通過金風、南瑞等國內主流風機和變流器廠家向全國范圍內推廣，累計新增銷售額9850.42萬元，經濟社會效益顯著。
“通過闡明風電匯集地區電壓不平衡的機理，解決了長期困擾張家口、承德電網運行人員電壓不平衡機理不清的難題，提高了電網安全運行水平。” 陳璨向記者介紹道，目前，所提出的基于動態無功補償裝置分相調節和三相無功潮流優化的系統級電壓不平衡控制策略應用于承德木蘭風電匯集系統，大風工況下木蘭站電壓不平衡度由2.44%降為0.4%以下。
資料顯示，項目形成了風電匯集電網電能質量綜合提升的技術方案，于2018年初應用于張家口察北地區和承德木蘭地區的電壓不平衡及諧波治理。察北站下風電場裝機容量為898MW，木蘭站匯集風電1349MW，根據原來的脫網規律，按照每年脫網約5次，每次停電24小時計算，2018年-2019年兩年通過減少脫網而增發的電量約1.2億千瓦時，可降低二氧化碳減排放30萬噸。
此外，該項目還完成了大秦、張唐電鐵穿越區域4座牽引站、3座變電站、1座風電場共計15次電能質量實測，累計測試時長580小時。研制的三相對稱電力電子牽引站拓撲已完成45kVA容量樣機試驗，給出了電鐵牽引站與新能源場站臨界電氣距離量的定量計算方法，可用于指導電鐵牽引站選址優化。
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