全电磁暂态仿真技术 助力新能源电力消纳

来源:中国能源报 作者:董梓童 发布时间:2022-10-27 14:17 关键词: 仿真实验室能源消纳
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“家定I线三永N-1第6次,3、2、1、故障触发。”“1000千伏、500千伏、220千伏、110千伏、35千伏电压等级的全部母线暂态过电压均未超标!”国网冀北电科院风光储并网运行技术实验室内,工作人员杨艳晨正通报电磁暂态仿真结果。“通过这样一次次仿真分析实验,我们核校了包括张雄特高压‘五变五线’送出系统等关键工程的新能源送出能力,为新能源高效消纳提供有力支撑。”国网冀北电科院副院长刘辉向记者表示,电磁暂态仿真技术已经成为构建新型电力系统、打造高比例可再生能源电网的重要技术。


让资源优势转化为发展优势


据刘辉介绍,仿真是指用模型去测试电力系统是否稳定和安全的技术。“新工程在正式投运前,都要在实验室里检测设计的合理性。主要的检测方式是在仿真系统中搭建模型并模拟运行,通过制造故障,测试控制系统能否及时响应。”


国网冀北电科院智能电网与新能源研究所所长吴林林表示,随着新能源电力占比不断提升,为了保障电网安全稳定运行,需要运用仿真技术研究系统运行的复杂特性,找到电网薄弱环节,最终达到提升可再生能源电力送出能力的目的。


吴林林向记者透露了一组数据:通过对锡盟特高压交直流、张雄特高压交流等新能源电力外送通道涉及的93座新能源场站、20种光伏逆变器、84种风机和93种SVG进行精确建模,并开展相关特性分析,指导新能源设备厂商针对性地优化机组特性,分别将锡盟特高压、张雄特高压的新能源电力送出能力分别提升了133%、45%。


“3月底,我们还搭建了张北柔直流工程及送端新能源场站的电磁暂态模型,并成为了关键故障的校验手段。预计张雄特高压和张北柔性直流工程投产后,每年可将140亿千瓦时的清洁电力送至京津冀地区,推动资源优势转化为发展优势。”刘辉说。


将电网搬到计算机里


其实,仿真技术由来已久。从原来的机电暂态仿真,到如今的电磁暂态仿真,我国仿真技术快速发展。随着电网高比例可再生能源和高比例电力电子装备的特征日益明显,对仿真技术也提出了更高的要求。


吴林林指出,大量新能源接入使电力系统的动态特性更加复杂,传统分析手段的计算精度已无法满足需求,电磁暂态仿真是新型电力系统亟需突破的关键技术。“打个比方,常规的机电仿真技术相当于一个放大镜,颗粒感比较强,而电磁仿真技术可以刻画微秒级响应,和新能源电力电子装置的开关频率一致,相当于显微镜,可以更加清晰地观察电力系统。”


“电磁暂态仿真相当于把偌大的电网用数字孪生方式搬到计算机里面,其中有数目以万计、型号以百计的风电、光伏、SVG机组,为得到机组的真实特性,需要用电磁暂态模型对机组控制器进行半实物测试,在完成机组自身的验证和建模后,还需要将这些‘树叶’一片一片地添加到电网的核心架构‘枝干’上面。”张雄特高压电磁暂态仿真平台技术带头人王潇说。


刘辉指出,目前,数字化仿真技术已经成为主流技术。随着技术水平的不断提升,仿真规模越来越大,计算速度越来越快,所能模拟的故障类型也越来越丰富。


降低系统运行风险


在刘辉看来,在可再生能源将成为主要电力来源的大趋势下,一定要解决电力系统电力平衡的问题。“电网安全稳定运行,要保证发电和负荷的平衡。新能源电源的可控性差,电源与负荷的平衡难度大,系统的安全稳定风险提高。”


早在2016年,国网冀北电科院就率先开展全电磁暂态仿真能力建设,相继攻克了新能源单机精确建模、大规模新能源高效仿真等诸多技术难题,实现了新能源送出能力校核、电网事故仿真复现、电网运行特性分析等多种功能,成为国内首个具备大电网全电磁暂态仿真能力的省级电科院。


此外,燃煤机组深度调峰、新能源主动支撑技术也是产业内部攻关的重点。“煤电要积极转变角色,不仅要降低出力,为绿电消纳腾出空间,还要在新能源出力不足时提供电力支撑,维持电力系统安全稳定运行。”刘辉介绍,“去年,我们实现了国内首台燃煤机组纯凝工况下15%额定负荷运行且具备全面涉网支撑能力,技术达到国际先进水平。”


截至目前,国网冀北电科院已累计完成国内38台机组的深调峰相关试验工作,机组总容量超过1700万千瓦,增加电网调峰能力超过360万千瓦。近3年,累计促进华北省间市场新能源消纳38.56亿千瓦时,折合减少碳排放338万吨。


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