國網(wǎng)寧夏電力創(chuàng )新破解新型電力系統安全穩定運行世界性技術(shù)難題

　　隨著(zhù)新型電力系統建設步伐加快，如何確保電力系統安全穩定運行備受關(guān)注。其中，寬頻振蕩問(wèn)題一直屬于世界性難題。2024年11月29日，國網(wǎng)寧夏電力有限公司自研課題“寧夏高比例新能源電網(wǎng)低頻及次/超同步振蕩風(fēng)險評估與應對策略研究”通過(guò)專(zhuān)業(yè)評審，標志著(zhù)該公司具備了電網(wǎng)寬頻振蕩風(fēng)險評估及預防控制的技術(shù)基礎。

自主攻關(guān)研究團隊開(kāi)展構網(wǎng)型設備建模與振蕩風(fēng)險評估。 馬鑫 攝

　　新型電力系統的顯著(zhù)特征是新能源在電源結構中占主體。新能源電源大規模并網(wǎng)后，電力系統呈現高度電力電子化特征，電力電子設備之間及其與電網(wǎng)之間的相互作用易引發(fā)寬頻振蕩，會(huì )嚴重威脅電網(wǎng)安全穩定運行。國網(wǎng)寧夏電力構建“寬頻振蕩三道防線(xiàn)”，防范新型電力系統建設中電網(wǎng)運行的潛在風(fēng)險，為破解這一世界性難題帶來(lái)了契機。

　　堅持問(wèn)題導向開(kāi)展科研攻關(guān)

　　2012年，寧夏回族自治區被確定為我國首個(gè)新能源綜合示范區，近年來(lái)新能源發(fā)電裝機占比持續攀升。據統計，當前寧夏電網(wǎng)新能源發(fā)電裝機占比已超過(guò)54%，“十五五”末期將超過(guò)70%，是典型的高比例新能源與直流群送端電力系統。隨著(zhù)“沙戈荒”大型風(fēng)電光伏基地的開(kāi)發(fā)和并網(wǎng)，寧夏電網(wǎng)電力電子設備數量增長(cháng)迅猛，電力電子設備之間及其與電網(wǎng)之間的相互作用所引發(fā)的寬頻振蕩風(fēng)險日益凸顯。寬頻振蕩問(wèn)題已成為構建新型電力系統亟須攻克的難題之一，存在機理認知難、預防控制難兩大核心難點(diǎn)，迫切需要形成有效的風(fēng)險評估及控制手段。

　　結合寧夏電網(wǎng)的特點(diǎn)和需求，國網(wǎng)寧夏電力統籌創(chuàng )新資源，加快科技創(chuàng )新自主研發(fā)體系建設，開(kāi)展寬頻振蕩風(fēng)險應對研究。2024年8月8日，該公司從國網(wǎng)寧夏電力調度控制中心、寧夏電力科學(xué)研究院等單位選拔專(zhuān)業(yè)人才，組建了一支自主攻關(guān)研究團隊。

　　當年8月15日，“寧夏高比例新能源電網(wǎng)低頻及次/超同步振蕩風(fēng)險評估與應對策略研究”自研課題正式立項，直面寬頻振蕩關(guān)鍵技術(shù)挑戰，聚焦新型電力系統寬頻振蕩風(fēng)險評估及應對措施兩大核心難題。自主攻關(guān)研究團隊依托國家電網(wǎng)有限公司和寧夏回族自治區重點(diǎn)實(shí)驗室等研究平臺，提出能在短時(shí)間內完成電網(wǎng)寬頻振蕩風(fēng)險評估及應對的技術(shù)路線(xiàn)，通過(guò)構建大電網(wǎng)全電磁暫態(tài)模型和新能源/儲能場(chǎng)站實(shí)測模型，為寬頻振蕩風(fēng)險評估與應對提供堅實(shí)的仿真分析數據基礎。

　　當年9月，寧夏電科院完成了寧夏110千伏及以上電網(wǎng)全電磁暫態(tài)仿真模型構建，累計完成361.8萬(wàn)千瓦容量新能源/儲能的實(shí)測建模以及14個(gè)場(chǎng)站的寬頻振蕩阻抗掃描。當年10月29日，自主攻關(guān)研究團隊在實(shí)驗室利用仿真手段完成國內首個(gè)特高壓直流近區“沙戈荒”新能源及多類(lèi)構網(wǎng)型設備匯集站的寬頻振蕩風(fēng)險評估，填補了國內相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)空白，為行業(yè)發(fā)展提供了可借鑒的經(jīng)驗。

　　構建防線(xiàn)抵御電網(wǎng)安全風(fēng)險

　　自主攻關(guān)研究團隊致力于將對寬頻振蕩的認知轉化為實(shí)踐策略。團隊核心成員李旭濤介紹：“經(jīng)過(guò)對新能源發(fā)電動(dòng)態(tài)特性建模方法的深入探索，我們提出構建‘寬頻振蕩三道防線(xiàn)’。這一成果不僅可以在高比例新能源省級電力系統寬頻振蕩防御中推廣應用，也為未來(lái)新型電力系統的安全穩定運行提供了可行策略。”

　　李旭濤介紹，這三道防線(xiàn)依次為：

　　規劃先行，防患未然。在規劃或運行階段，利用仿真或實(shí)測手段對目標系統實(shí)施寬頻振蕩風(fēng)險評估，精準制訂合適的控制器參數，并以寬頻振蕩穩定為導向確定安全運行邊界，實(shí)時(shí)監控并靈活調整新能源發(fā)電機組運行方式。

　　振蕩發(fā)生，穩定控制。寬頻振蕩發(fā)生后，機側或網(wǎng)側的寬頻振蕩穩定控制裝置迅速響應，主動(dòng)提升系統阻尼，有力保障電網(wǎng)安全穩定運行。團隊牽頭研發(fā)的新能源場(chǎng)站寬頻振蕩預測、監視和抑制一體化裝置已初步實(shí)現寬頻帶自適應振蕩抑制功能。

　　緊急制動(dòng)，阻止擴散。監測與控制系統在寬頻振蕩發(fā)散失穩或大幅度持續振蕩時(shí)發(fā)揮作用，采取緊急保護/控制措施，阻止寬頻振蕩的大規模擴散，防止大量機組脫網(wǎng)及設備損壞，避免事故發(fā)生。目前，國網(wǎng)寧夏電力調度控制中心已建成并應用次/超同步振蕩在線(xiàn)監視預警系統，全力推進(jìn)寬頻振蕩監視與分析系統建設，以實(shí)現對寬頻振蕩的快速緊急控制。

　　研究成果在新能源大基地落地驗證

　　2024年12月11日，在寧夏寧東“沙戈荒”大型風(fēng)電光伏基地，李旭濤和同事們通過(guò)現場(chǎng)試驗完成了國內首個(gè)特高壓直流近區“沙戈荒”新能源及多類(lèi)構網(wǎng)型設備匯集站的寬頻振蕩風(fēng)險評估及驗證工作。這意味著(zhù)這一自主研發(fā)課題正式進(jìn)入應用階段。

　　“寬頻振蕩三道防線(xiàn)”的提出，不僅助力解決“沙戈荒”大型風(fēng)電光伏基地寬頻振蕩問(wèn)題，為提升大型新能源基地運行穩定性及電網(wǎng)送出能力提供了有力支撐，也為更大范圍內解決新型電力系統安全穩定運行問(wèn)題提供了參考方案。同時(shí)，這也是國網(wǎng)寧夏電力實(shí)施科研單位改革后，聚焦服務(wù)主責主業(yè)的首個(gè)自主研發(fā)課題，體現了該公司科研攻關(guān)自主性的增強，有力激發(fā)了科研創(chuàng )新活力。

　　目前，國網(wǎng)寧夏電力正匯聚更多的科研資源，支持團隊繼續深化寬頻振蕩風(fēng)險評估研究，穩步建設新型電力系統寬頻振蕩綜合防御體系，在“沙戈荒”大型風(fēng)電光伏基地及特高壓直流近區開(kāi)展寬頻振蕩風(fēng)險評估試點(diǎn)工作，加快研究成果的實(shí)際轉化與落地應用，為加快構建新型電力系統貢獻科研力量。(李瑩潔 化汝)