科技創(chuàng)新敢為人先 做新型電力系統(tǒng)科研排頭兵

于思奇 孫大衛(wèi) 楊偉新

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型、助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵路徑。作為支撐國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司新型電力系統(tǒng)建設(shè)的“先行者”“排頭兵”，國(guó)網(wǎng)冀北電科院敢闖敢試、敢為人先，全力打造堅(jiān)強(qiáng)科技支撐力量，積極服務(wù)清潔能源消納，為支撐建設(shè)“綠色、安全、智能、開放”的新型電力系統(tǒng)示范區(qū)展現(xiàn)責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

電磁仿真精準(zhǔn)施策 風(fēng)光送出有力提升

“家定I線三永N—1第6次，3、2、1、故障觸發(fā)?！薄?000千伏、500千伏、220千伏、110千伏、35千伏電壓等級(jí)的全部母線暫態(tài)過電壓均未超標(biāo)！”風(fēng)光儲(chǔ)并網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)國(guó)網(wǎng)公司重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室響起一片歡呼聲，基于電磁暫態(tài)仿真的張雄特高壓“五變五線”送出系統(tǒng)輸電能力校核收官工作圓滿完成，為張雄特高壓系統(tǒng)送出能力提升提供了有力的技術(shù)支撐。上面的場(chǎng)景是電科院新能源所電磁暫態(tài)仿真團(tuán)隊(duì)諸多工作中的偶然一瞥，更是團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域多年技術(shù)積累下迸發(fā)出的堅(jiān)定與喜悅。

大量新能源接入使電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性更加復(fù)雜，傳統(tǒng)分析手段的計(jì)算精度已無法滿足需求，電磁暫態(tài)仿真是新型電力系統(tǒng)亟需突破的關(guān)鍵技術(shù)。電磁暫態(tài)仿真相當(dāng)于把偌大的電網(wǎng)用數(shù)字孿生方式搬到了計(jì)算機(jī)里面，其中有數(shù)目以萬計(jì)、型號(hào)以百計(jì)的風(fēng)電、光伏、SVG機(jī)組，為得到機(jī)組的真實(shí)特性，需要用電磁暫態(tài)模型對(duì)機(jī)組控制器進(jìn)行半實(shí)物測(cè)試，而在完成機(jī)組自身的驗(yàn)證和建模后，還需要將這些“樹葉”一片一片地添加到電網(wǎng)的核心架構(gòu)這一“枝干”上面。

電科院自2016年就超前啟動(dòng)了這一難題的攻關(guān)工作，累計(jì)投入3000余萬元購置一流仿真設(shè)備，集中骨干，歷時(shí)5年持續(xù)攻關(guān)，突破了高計(jì)算密度仿真延遲、多仿真機(jī)計(jì)算負(fù)載失衡等關(guān)鍵技術(shù)難題，建立了千萬千瓦級(jí)新能源送出系統(tǒng)的電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)，成為國(guó)內(nèi)首個(gè)具備大電網(wǎng)全電磁暫態(tài)仿真能力的省級(jí)電科院。

依托該平臺(tái)開展的新能源送出系統(tǒng)輸電能力校核工作，增加張北和錫盟特高壓系統(tǒng)送出能力290萬千瓦，未來還有進(jìn)一步提升的空間，有效改善了我國(guó)北方的棄風(fēng)棄光問題，為新能源高效消納提供了積極助力。

突破主動(dòng)支撐技術(shù)引領(lǐng)新能源技術(shù)革新升級(jí)

新型電力系統(tǒng)中新能源既是裝機(jī)主體、電力與電量供應(yīng)主體，也是可靠供電的責(zé)任主體。與煤電等常規(guī)同步機(jī)組不同，此前新能源機(jī)組尚不具備主動(dòng)支撐電力系統(tǒng)頻率和電壓的能力，導(dǎo)致高比例新能源電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不斷下降，極易發(fā)生類似2019年英國(guó)8·9大停電事故。因此，對(duì)新能源機(jī)組進(jìn)行革命性的技術(shù)升級(jí)，使其具備主動(dòng)支撐功能，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)性課題。

自2015年起，電科院聚焦新能源主動(dòng)支撐方向，不斷探究新能源主動(dòng)支撐關(guān)鍵控制技術(shù)，深耕細(xì)作風(fēng)光儲(chǔ)主動(dòng)支撐設(shè)備拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，積極摸索主動(dòng)支撐技術(shù)在不同地區(qū)的發(fā)展模式，建成了世界首座新能源虛擬同步機(jī)示范工程。

為了驗(yàn)證新能源主動(dòng)支撐技術(shù)在電力系統(tǒng)黑啟動(dòng)過程中的應(yīng)用效果，需要把風(fēng)機(jī)作為啟動(dòng)電源，在風(fēng)機(jī)大功率時(shí)開展試驗(yàn)。寒冬臘月，壩上草原，刺骨的寒風(fēng)給試驗(yàn)開展帶來極大的考驗(yàn)。由于時(shí)間緊張，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)頂著寒風(fēng)日夜駐守在風(fēng)機(jī)邊，甚至在風(fēng)機(jī)邊上搭個(gè)活動(dòng)板房裹著棉大衣等待試驗(yàn)時(shí)機(jī)成熟。艱苦的條件并沒有影響團(tuán)隊(duì)的斗志，在試驗(yàn)條件具備后，試驗(yàn)一次成功，在冬夜的風(fēng)光儲(chǔ)輸示范電站中，試驗(yàn)人員忘記了疲憊，露出欣慰而自豪的笑容。

依托該項(xiàng)技術(shù)，電科院已累計(jì)取得授權(quán)專利10余項(xiàng)，發(fā)表SCI/EI論文20余篇，榮獲了2020年度中國(guó)電力科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和2021年度河北省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。團(tuán)隊(duì)在新能源主動(dòng)支撐方向的研究成果，對(duì)于實(shí)現(xiàn)了新能源發(fā)電由“被動(dòng)調(diào)節(jié)”到“主動(dòng)支撐”的轉(zhuǎn)變具有重要意義，為新型電力系統(tǒng)高質(zhì)量建設(shè)提供了“樣板間”。

搭建數(shù)據(jù)橋梁 為新能源賦能增值

“風(fēng)電場(chǎng)014號(hào)風(fēng)電機(jī)組3月份發(fā)電性能最優(yōu)，085號(hào)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能最差，需要對(duì)劣化原因進(jìn)一步分析，減少發(fā)電量損失。”電科院新能源所大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用團(tuán)隊(duì)對(duì)某風(fēng)電場(chǎng)3月份的運(yùn)行分析結(jié)果開展研討，這樣的研討已成為他們的日常工作。

大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用是電科院在利用新技術(shù)優(yōu)化新能源技術(shù)服務(wù)方面的新探索，為了應(yīng)對(duì)新能源發(fā)電在并網(wǎng)消納及設(shè)備可靠高效運(yùn)行方面面臨的諸多挑戰(zhàn)，充分挖掘新能源發(fā)電數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值，電科院于2019年啟動(dòng)冀北新能源大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用平臺(tái)的建設(shè)，打造前端交互窗口，促進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)管理升級(jí)，助力新能源產(chǎn)業(yè)價(jià)值最大化。

目前平臺(tái)已接入了冀北調(diào)度側(cè)的全部新能源分鐘級(jí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、部分新能源場(chǎng)站側(cè)的全量秒級(jí)數(shù)據(jù)、氣象及預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，共計(jì)30萬個(gè)測(cè)點(diǎn)。開發(fā)了新能源消納分析、風(fēng)電場(chǎng)精益化運(yùn)維等四大類、38項(xiàng)業(yè)務(wù)功能，可為電網(wǎng)公司、新能源運(yùn)營(yíng)商等提供更加豐富、全面的數(shù)字化業(yè)務(wù)場(chǎng)景。借助海量運(yùn)行數(shù)據(jù)定位問題，并組織專家團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻關(guān)，打出“線上+線下”的組合拳，為場(chǎng)站提供風(fēng)電機(jī)組發(fā)電缺陷、功率預(yù)測(cè)結(jié)果優(yōu)化、涉網(wǎng)性能缺陷分析優(yōu)化等技術(shù)監(jiān)督、專項(xiàng)咨詢和技術(shù)服務(wù)，可以提升新能源管理水平，支撐新能源場(chǎng)站高效運(yùn)維。

目前冀北新能源大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用平臺(tái)已初見成效，相關(guān)成果先后入選國(guó)家電網(wǎng)有限公司電力人工智能應(yīng)用白皮書、數(shù)據(jù)增值服務(wù)典型服務(wù)產(chǎn)品手冊(cè)。電科院將緊緊圍繞新型電力系統(tǒng)技術(shù)需求，繼續(xù)擴(kuò)大平臺(tái)數(shù)據(jù)接入規(guī)模和類型，探索區(qū)域新能源大數(shù)據(jù)規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，為新型電力系統(tǒng)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化建設(shè)貢獻(xiàn)力量。