攻克送端系统稳定控制促进可再生能源跨区消纳

2017-11-15 11:05:10 科技日报　点击量：评论 (0)

大力发展可再生能源是我国保障能源安全、应对气候变化的重要举措，风力发电和光伏发电是我国可再生能源利用的主要方式。根据十三五规划，到2020年我国风、光发电装机容量将达到3 2亿千瓦，其中2亿千瓦位于三北地

大力发展可再生能源是我国保障能源安全、应对气候变化的重要举措，风力发电和光伏发电是我国可再生能源利用的主要方式。根据“十三五”规划，到2020年我国风、光发电装机容量将达到3.2亿千瓦，其中2亿千瓦位于“三北”地区。为解决“三北”地区可再生能源消纳问题，已建、在建和规划建设特高压直流外送通道有8条，目前和将来一段时间，大基地、直流送出将是我国可再生能源开发利用的主导形式。

“可再生能源发电基地直流外送系统的稳定控制技术”项目示意图

高比例电力电子装备接入安全稳定问题突出

与以同步发电机为主导的传统电力系统相比，可再生能源发电基地直流外送系统最大的特征在于高比例的电力电子装备接入，主要包括风光发电、动态无功补偿、直流输电等。以新疆哈密天中直流送端系统为例，风光发电容量超过10GW，动态无功补偿容量超过2GW，直流输电容量8GW，而同步发电机容量仅为5GW，电力电子装备容量远大于同步发电机容量。

在电力电子装备控制特性的主导作用下，可再生能源发电基地直流外送系统的动态特性与传统电力系统差异巨大，系统的稳定分析和控制面临严峻挑战。目前已开始凸显的问题主要有两个方面：正常工况下振荡事故频发，新疆哈密—郑州直流送端电网已发生次/超同步振荡100余次，曾导致3台直流配套火电机组同时跳机；交、直流故障下连锁脱网事故风险加大，初步计算表明，甘肃酒泉—湖南直流送出功率将因此受到限制。

两大科学难题和一项关键技术

据国家重点研发计划项目“可再生能源发电基地直流外送系统的稳定控制技术”负责人康勇教授介绍，本项目以解决目前系统存在的上述两大问题为主线，攻克两大科学难题和一项关键技术：

1.多样化装备动态相互作用及宽频带振荡机理

可再生能源发电基地直流外送系统中，电力电子发电装备数量巨大，控制复杂且存在多时间尺度耦合，基地间及其与直流输电的动态相互作用加剧，导致宽频带振荡机理不明，建模与分析面临极大挑战。

2.多机多时间尺度暂态过程耦合机理及系统暂态行为演化规律

复杂控制作用下，多样化装备间呈现多时间尺度的电压功角耦合，可再生能源发电装备动态特性与同步发电机迥异，交/直流故障时控制存在非线性切换现象，导致系统暂态行为演化规律更为复杂，亟须探索新条件下系统暂态稳定机理。

3.宽频带振荡抑制与暂态稳定控制技术

由于系统稳定机理不清、动态相互作用复杂，目前缺乏有效的宽频带振荡抑制方法、弱同步电网下基地暂态稳定控制困难，制约了可再生能源的跨区消纳，亟待突破宽频带振荡抑制与暂态稳定控制技术。

项目牵头单位中国电力科学研究院是我国电力行业最具实力的多学科、综合性科研机构。团队成员包括我国5个电气工程一级学科国家重点学科所在高校，拥有包含6个国家重点实验室在内的16个国家级研发平台。项目负责人康勇教授长期从事电力电子在电力系统中的应用方面的科研工作，现任强电磁工程与新技术国家重点实验室常务副主任。

项目将提出弱同步电网中可再生能源发电基地直流外送系统的稳定控制理论与方法，形成包括论文、发明专利、国家/行业标准等一系列自主知识产权；研制35kV/1MVA宽频带阻抗测量装备，研发35kV/5MW级含风/光发电、同步发电机和直流输电的动态模拟平台，验证短路比小于2条件下控制方法的有效性；项目成果直接应用于新疆、甘肃千万千瓦可再生能源基地，解决宽频带振荡和直流功率受限问题，并推广应用，提升我国大规模可再生能源并网消纳水平，促进经济社会可持续发展。