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為保障新能源大規(guī)模并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，目前，我國正在陸續(xù)修訂新能源并網(wǎng)的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，也相應(yīng)提出了新的技術(shù)要求。中國企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)也在積極參與國際上相關(guān)的技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)編制工作。
風(fēng)光大基地的建設(shè)并網(wǎng)將給傳統(tǒng)電網(wǎng)帶來怎樣的影響和挑戰(zhàn)？
根據(jù)6月1日起實(shí)施的《電力可靠性管理辦法(暫行)》，沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)的大規(guī)模風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電企業(yè)要建立與之適應(yīng)的電力可靠性管理體系，加強(qiáng)系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性管理，防止大面積脫網(wǎng)，對電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。
“早在10余年前，甘肅就建設(shè)了全國首個(gè)千萬千瓦級風(fēng)電基地，在這一過程中，針對新能源電力外送、電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行等問題的認(rèn)識(shí)也在逐步提升。未來，在沙漠、戈壁地區(qū)建設(shè)的風(fēng)光大基地也面臨同樣問題?！痹趪H電工委員會(huì)可再生能源接入電網(wǎng)技術(shù)分委會(huì)（IECTC8/SC8A）秘書、中國電力科學(xué)研究院新能源中心總工程師遲永寧看來，高滲透率的新能源發(fā)電和遠(yuǎn)距離高壓直流輸電改變了電力系統(tǒng)的特性，在新型電力系統(tǒng)場景下，新能源發(fā)電與大電網(wǎng)之間的相互作用加強(qiáng)，帶來一系列影響到電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的新技術(shù)挑戰(zhàn)。
“問題”集中爆發(fā)在何處？在新能源裝機(jī)比重不斷增長的過程中，電力系統(tǒng)的“可靠性”到底應(yīng)該如何保障？
故障穿越能力不足、次同步振蕩等問題引發(fā)運(yùn)行事故
遲永寧坦言，基于電力電子技術(shù)的新能源發(fā)電設(shè)備具有“低抗擾，弱支撐”特性，“過去幾年時(shí)間，隨著大規(guī)模新能源建設(shè)的推進(jìn)，暴露出了非常大的系統(tǒng)安全穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)問題，包括整個(gè)系統(tǒng)一次調(diào)頻能力不足、故障影響范圍擴(kuò)大等，對電網(wǎng)構(gòu)成了很大沖擊。高比例新能源發(fā)電在系統(tǒng)事故條件下極易引發(fā)連鎖反應(yīng)，進(jìn)而加劇系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞。”
“在新能源快速發(fā)展的過程中，由于新能源場站的故障穿越能力偏低，造成大規(guī)模新能源脫網(wǎng)事故屢見不鮮?！边t永寧透露，僅在2011年，國家電網(wǎng)經(jīng)營范圍內(nèi)就發(fā)生了超過200次風(fēng)電脫網(wǎng)事故。
根據(jù)國家電監(jiān)會(huì)通報(bào)的信息，2011年2月24日，西北電網(wǎng)甘肅酒泉風(fēng)電基地橋西第一風(fēng)電場的35千伏電纜饋線電纜頭發(fā)生三相短路故障，導(dǎo)致598臺(tái)風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)，損失出力84萬千瓦。彼時(shí)，國家電監(jiān)會(huì)稱其為“近幾年中國風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)影響最大的一起事故”。
遲永寧介紹，脫網(wǎng)事故背后反映出新能源發(fā)電還不具備與電網(wǎng)協(xié)同穩(wěn)定運(yùn)行的支撐能力。“缺乏低電壓穿越的能力，無功控制的策略也不夠完善，造成事故的影響面進(jìn)一步擴(kuò)大?！?br />
同時(shí)，遲永寧強(qiáng)調(diào)，隨著新能源高比例接入電網(wǎng)，由此引發(fā)的振蕩問題也不容忽視?！按瓮秸袷帋淼倪^電流、過電壓問題，一方面會(huì)損傷風(fēng)電機(jī)組或者光伏變流器，另一方面也會(huì)影響到火電機(jī)組軸系，甚至引起機(jī)組大軸的損傷?！边t永寧告訴記者，2015年7月，在新疆某地區(qū)的風(fēng)電場與火電機(jī)組出現(xiàn)了次同步振蕩，造成火電廠3臺(tái)66萬機(jī)組跳機(jī)?！靶履茉磮稣靖痣姍C(jī)組之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的功率振蕩，在一定頻率下會(huì)帶來火電機(jī)組的軸系扭轉(zhuǎn)振蕩，造成機(jī)組軸系疲勞損傷，甚至損壞發(fā)電設(shè)備?！睂Υ耍t永寧表示，通過新能源發(fā)電設(shè)備控制系統(tǒng)的改造有望實(shí)現(xiàn)對振蕩的阻尼。目前，新疆哈密已建立了覆蓋所有關(guān)鍵風(fēng)電場、變電站的次同步振蕩監(jiān)測、控制系統(tǒng)。
過電壓問題 頻率穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)直接影響外送水平
此外，針對新能源電力的大規(guī)模、遠(yuǎn)距離外送，遲永寧強(qiáng)調(diào)，送端交流電網(wǎng)過電壓問題、送受端頻率穩(wěn)定問題等都會(huì)直接影響外送水平?！霸谛乱惠嗭L(fēng)光大基地建設(shè)的過程中，一方面要對新能源發(fā)電本身提出相應(yīng)的技術(shù)要求，另一方面在電網(wǎng)側(cè)也會(huì)采取一定的技術(shù)措施去解決這些問題?！?br />
遲永寧介紹，在電網(wǎng)送端，安裝同步調(diào)相機(jī)，或?qū)⑼艘鄣幕痣姀S改造為調(diào)相機(jī)電廠，都是未來可行的技術(shù)選擇?！扒嘣ブ绷鞴こ讨性诰W(wǎng)側(cè)變電站和新能源場站側(cè)都安裝了一定比例的同步調(diào)相機(jī)，以提高電網(wǎng)強(qiáng)度?！痹陲L(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電側(cè)，打造構(gòu)網(wǎng)型發(fā)電技術(shù)（GridForming），也能夠幫助提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。“構(gòu)網(wǎng)型發(fā)電，就是通過在變流器控制環(huán)節(jié)中模擬同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行機(jī)制，讓新能源發(fā)電機(jī)組變得像同步機(jī)一樣對電網(wǎng)有足夠的支撐能力?！边t永寧透露，這一技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外的新能源變流器、儲(chǔ)能系統(tǒng)中開展了部分研究示范，其技術(shù)應(yīng)用前景被寄予厚望。
完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 提升系統(tǒng)安全穩(wěn)定性
為保障新能源大規(guī)模并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，遲永寧透露，目前，正在陸續(xù)修訂新能源并網(wǎng)的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，也相應(yīng)提出了新的技術(shù)要求?！氨热缭谝呀?jīng)發(fā)布的陸上風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T19963.1-2021中，增加了對風(fēng)電場慣量響應(yīng)和一次調(diào)頻的要求，規(guī)定了慣量響應(yīng)和一次調(diào)頻的功率控制量化指標(biāo)、上升時(shí)間和允許偏差等，還修改了對稱故障時(shí)風(fēng)電場低電壓穿越的動(dòng)態(tài)無功支撐能力要求，增加了不對稱故障時(shí)風(fēng)電場低電壓穿越的動(dòng)態(tài)無功支撐能力要求等。”
同時(shí)，遲永寧介紹，中國企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)也正在積極參與國際上相關(guān)的技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)編制工作。在國際電工委員會(huì)的國際標(biāo)準(zhǔn)工作中，中國電科院牽頭了風(fēng)電和光伏發(fā)電接入大電網(wǎng)的系統(tǒng)級問題方面的國際標(biāo)準(zhǔn)制訂，“主要關(guān)注風(fēng)電和光伏發(fā)電接入弱交流電網(wǎng)的相關(guān)問題、場站級的交互影響和協(xié)同控制問題、電壓和頻率的故障穿越，以及新型的電力電子、新能源參與的次超同步振蕩等問題。”
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