源網(wǎng)協(xié)同智能調(diào)控 助力新能源高效消納

隨著新能源的迅速發(fā)展和并網(wǎng)比例的不斷提高，國(guó)家電網(wǎng)有限公司持續(xù)開(kāi)展相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新，提升電網(wǎng)高比例接入新能源時(shí)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。日前，國(guó)網(wǎng)青海省電力公司新能源電力系統(tǒng)協(xié)同自律調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用項(xiàng)目獲得2018年青海省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。這是我國(guó)新能源電力系統(tǒng)調(diào)控理論和關(guān)鍵技術(shù)研究取得的又一重大突破，也是公司推動(dòng)清潔能源可持續(xù)發(fā)展和能源轉(zhuǎn)型的有益實(shí)踐。

能源大視野

“經(jīng)測(cè)試，被測(cè)逆變器響應(yīng)時(shí)間和控制精度符合測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，可以進(jìn)行其他單元程序升級(jí)?！?月15日，青海省光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)人員楊立濱在協(xié)合德令哈光伏電站對(duì)逆變器和功率控制系統(tǒng)升級(jí)改造，改造后電站主動(dòng)支撐能力提升，將顯著提升該站運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益。這是國(guó)網(wǎng)青海省電力公司新能源電力系統(tǒng)協(xié)同自律調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用項(xiàng)目研究的一項(xiàng)成果。

依托富集的風(fēng)光水資源優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)，青海新能源迅猛發(fā)展。截至2018年年底，青海并網(wǎng)新能源裝機(jī)達(dá)到1228.9萬(wàn)千瓦，占全省電網(wǎng)總裝機(jī)的43.9%，新能源年發(fā)電量達(dá)到168.57億千瓦時(shí)。隨著風(fēng)力、光伏發(fā)電大規(guī)模集中并網(wǎng)，新能源電源在電力系統(tǒng)中的占比持續(xù)增加，給電源側(cè)發(fā)電控制和電網(wǎng)側(cè)調(diào)度控制帶來(lái)壓力和挑戰(zhàn)。

為攻克清潔能源高比例電網(wǎng)的高效智能調(diào)控技術(shù)難題，2010年以來(lái)，國(guó)網(wǎng)青海電力聯(lián)合清華大學(xué)、青海大學(xué)、國(guó)家電投集團(tuán)、黃河水電、北京科東開(kāi)展新能源電力系統(tǒng)協(xié)同自律調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用項(xiàng)目研究。經(jīng)過(guò)8年研究應(yīng)用推廣，近日，該項(xiàng)目獲得2018年青海省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)，項(xiàng)目成果經(jīng)鑒定整體達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

主動(dòng)支撐 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)源友好互動(dòng)

新能源具有隨機(jī)性、波動(dòng)性強(qiáng)的特性，如何讓電源側(cè)出力更穩(wěn)定、調(diào)度控制更具前瞻性、源網(wǎng)協(xié)同互動(dòng)更具互動(dòng)性，成為實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電高比例消納亟待解決的問(wèn)題，也是國(guó)內(nèi)外清潔能源研究領(lǐng)域面對(duì)的共同難題?！疤魬?zhàn)在于通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化控制策略，讓電源側(cè)出力更穩(wěn)定、協(xié)調(diào)性更強(qiáng)，具備廣域控制和主動(dòng)支撐的能力。這樣的研究幾乎沒(méi)有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，我們當(dāng)時(shí)只能‘摸著石頭過(guò)河’。”青海電科院副院長(zhǎng)張海寧介紹。

2011年起，國(guó)網(wǎng)青海電力研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)及發(fā)電設(shè)備自動(dòng)化監(jiān)控功能，實(shí)施場(chǎng)站軟硬件設(shè)備全面改造，建成了技術(shù)領(lǐng)先的光伏發(fā)電控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電站在線(xiàn)監(jiān)控，在全省集中式并網(wǎng)光伏電站100%覆蓋。

為進(jìn)一步提升新能源電站快速響應(yīng)能力，2013年，國(guó)網(wǎng)青海電力牽頭申報(bào)了“風(fēng)、光、水、氣多種能源發(fā)電聯(lián)合運(yùn)行控制關(guān)鍵技術(shù)及示范”國(guó)家科技支撐及多個(gè)省部級(jí)科技項(xiàng)目，組建了“產(chǎn)學(xué)研用”一體化科技攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，改造升級(jí)光伏發(fā)電控制系統(tǒng)，建成光伏電站有功及無(wú)功功率控制系統(tǒng)。

2016年，在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上，針對(duì)風(fēng)電和光伏電站主動(dòng)支撐能力不足問(wèn)題，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步應(yīng)用虛擬同步技術(shù)，建立系統(tǒng)控制策略和技術(shù)模型，采用光伏+儲(chǔ)能模式組成虛擬同步單元，用于平抑光伏出力波動(dòng)。

“為了驗(yàn)證控制策略和模型，我們?cè)诟駹柲?0兆瓦光伏電站增加了18兆瓦時(shí)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，經(jīng)測(cè)試，虛擬同步技術(shù)的引入使光伏和風(fēng)機(jī)具備了類(lèi)似水電的穩(wěn)定支撐能力?！鼻嗪Ｇ鍧嵞茉窗l(fā)展研究院副主任李春來(lái)介紹。

應(yīng)用虛擬同步技術(shù)對(duì)光伏電站實(shí)施改造后，電站功率響應(yīng)等核心指標(biāo)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。據(jù)中廣核太陽(yáng)能共和有限公司技術(shù)經(jīng)理?xiàng)钫裎浣榻B，改造后平均每年光伏發(fā)電量提升3%以上，相當(dāng)于多產(chǎn)生100多萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。

優(yōu)化調(diào)控 最大化消納新能源

“十三五”以來(lái)，青海光伏發(fā)電以平均每年160萬(wàn)千瓦的速度有序增長(zhǎng)。大規(guī)模風(fēng)光發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)對(duì)傳統(tǒng)調(diào)度控制系統(tǒng)智能調(diào)度和靈活控制帶來(lái)的挑戰(zhàn)日益凸顯，電網(wǎng)對(duì)風(fēng)光新能源電量的消納接納能力受限。

“要提高電網(wǎng)新能源消納能力，核心就是采用更智能的決策方法和調(diào)控技術(shù)，減少新能源發(fā)電的不確定性因素，達(dá)到發(fā)電企業(yè)和電網(wǎng)企業(yè)利益最優(yōu)，實(shí)現(xiàn)清潔能源最大化消納?！鼻嗪ｋ娍圃弘娋W(wǎng)技術(shù)中心主任宋銳介紹。

2014年，國(guó)網(wǎng)青海電力成立青海省光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，全面主攻并網(wǎng)技術(shù)存在的瓶頸。期間，科研團(tuán)隊(duì)反復(fù)召開(kāi)專(zhuān)題會(huì)研究論證，強(qiáng)化與電力調(diào)度控制中心縱向協(xié)同，對(duì)青海100余座新能源電站開(kāi)展并網(wǎng)測(cè)試和數(shù)據(jù)調(diào)研，查閱近500萬(wàn)字的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料，為下一步應(yīng)用奠定了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

2016年，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)首次將博弈理論應(yīng)用到電力工程領(lǐng)域，將“人-人合作競(jìng)爭(zhēng)格局”轉(zhuǎn)化為“人-自然合作競(jìng)爭(zhēng)格局”，將清潔能源消納難題轉(zhuǎn)化為傳統(tǒng)數(shù)學(xué)規(guī)劃求解，通過(guò)Nash均衡原理保證了發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)等參與方效益最優(yōu)，為智能調(diào)控提供了決策參考的理論依據(jù)，并創(chuàng)立基于工程博弈論的電力系統(tǒng)優(yōu)化決策方法體系。

與此同時(shí)，在調(diào)控技術(shù)層面，研究團(tuán)隊(duì)引入以魯棒優(yōu)化調(diào)度模型為基礎(chǔ)的決策方法，提升了新能源輸送通道的最大消納量。優(yōu)化機(jī)組組合、實(shí)時(shí)調(diào)度策略，以5分鐘為周期在線(xiàn)修正機(jī)組出力方案，預(yù)測(cè)精度不斷提高，不確定性逐漸降低，棄風(fēng)棄光顯著減少，同時(shí)保證了電網(wǎng)消納安全性，合理平衡了經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。

研究突破促進(jìn)了技術(shù)應(yīng)用，2016年科研團(tuán)隊(duì)建成了光伏發(fā)電魯棒調(diào)度與柔性控制一體化調(diào)控平臺(tái)，同步推動(dòng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列新能源發(fā)電核心技術(shù)裝備和產(chǎn)品制造。平臺(tái)投入運(yùn)行后，電源側(cè)執(zhí)行響應(yīng)速度從5秒提高至2秒，同時(shí)增強(qiáng)了電網(wǎng)適應(yīng)性和抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)了青海大規(guī)模新能源最大化消納，支撐了源網(wǎng)協(xié)同友好互動(dòng)運(yùn)行。

產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用 各方面效益顯著

2018年6月20日至28日，青海實(shí)現(xiàn)連續(xù)9天216小時(shí)全部使用清潔能源供電。期間，新能源電力系統(tǒng)協(xié)同自律調(diào)控技術(shù)作為關(guān)鍵技術(shù)之一得到了有效驗(yàn)證。該技術(shù)通過(guò)快速判斷電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)并給出優(yōu)化調(diào)度方案，有力確保了“綠電9日”期間水、風(fēng)、光多能互補(bǔ)和源網(wǎng)荷互動(dòng)。

經(jīng)過(guò)多年創(chuàng)新研究，目前，項(xiàng)目獲得發(fā)明專(zhuān)利25項(xiàng)，已授權(quán)15項(xiàng)，授權(quán)軟件著作權(quán)7項(xiàng)；編制地方標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)；發(fā)表論文64篇，其中SCI期刊收錄27篇；出版學(xué)術(shù)專(zhuān)著2部。相關(guān)成果獲“中國(guó)百篇最具影響優(yōu)秀國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)論文”獎(jiǎng)勵(lì)，多位項(xiàng)目完成人入選“青海省高端創(chuàng)新人才千人計(jì)劃杰出人才”“青海省高端創(chuàng)新人才千人計(jì)劃拔尖人才”“青海省自然科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)科帶頭人”等名單。

同時(shí)，項(xiàng)目成果已轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化推廣，在青海省150余座新能源電站得到廣泛應(yīng)用。這些電站裝機(jī)容量超過(guò)540萬(wàn)千瓦，近三年消納新能源發(fā)電約300億千瓦時(shí)，新增產(chǎn)值約3.5億元。此外，項(xiàng)目成果還在寧夏、新疆、山西等多個(gè)省區(qū)推廣應(yīng)用。近年來(lái)，青海地區(qū)光伏消納率不斷提升，持續(xù)保持國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，取得了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，推動(dòng)了青海地區(qū)清潔能源的高效消納和生態(tài)保護(hù)。

未來(lái)，為支撐青海清潔能源示范省建設(shè)深入推進(jìn)，以風(fēng)光水熱儲(chǔ)為主的清潔能源電源格局將逐步形成。針對(duì)多場(chǎng)景、多主體的產(chǎn)業(yè)利益訴求，國(guó)網(wǎng)青海電力將落實(shí)公司“三型兩網(wǎng)、世界一流”戰(zhàn)略目標(biāo)，持續(xù)深化項(xiàng)目研究，進(jìn)一步推動(dòng)成果在更大范圍推廣應(yīng)用，提升電網(wǎng)資源優(yōu)化配置能力和多能源互補(bǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)行水平，將單一的“源隨荷動(dòng)”模式轉(zhuǎn)化為源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同互動(dòng)模式，為推動(dòng)國(guó)家清潔能源示范省建設(shè)開(kāi)展有益實(shí)踐，提供堅(jiān)強(qiáng)支撐。

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