中國儲能網(wǎng)訊：能源電力清潔低碳轉(zhuǎn)型過程中，新能源裝機占比不斷提高，高比例新能源、高比例電力電子設備的“雙高”特征愈加突出，電力系統(tǒng)運行特性發(fā)生了深刻變化，寬頻振蕩問題成為影響“雙高”電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的主要挑戰(zhàn)之一。近年來，我國學者在新能源并網(wǎng)系統(tǒng)寬頻振蕩分析與抑制方面取得了重大突破，推動了新能源并網(wǎng)技術進步、能源轉(zhuǎn)型發(fā)展。
中國電力科學研究院有限公司總工程師王偉勝領銜的技術攻關團隊攻克了新能源發(fā)電集群在交流弱電網(wǎng)、串聯(lián)補償線路、常規(guī)直流、柔性直流等不同送出場景發(fā)生振蕩的相關技術難題，形成了機理明晰、分析準確、抑制有效的整體解決方案。
10月13日，王偉勝與同事李光輝、何國慶等人撰寫的《新能源并網(wǎng)系統(tǒng)寬頻振蕩分析與抑制》英文版面向海內(nèi)外公開發(fā)行。該書系統(tǒng)全面地介紹了新能源并網(wǎng)系統(tǒng)寬頻振蕩建模、分析、抑制技術和工程應用等內(nèi)容，為世界新能源并網(wǎng)技術發(fā)展提供了中國經(jīng)驗。
明晰振蕩判據(jù)
推動理論創(chuàng)新
隨著新能源大規(guī)模并網(wǎng)，寬頻振蕩問題在不同國家和地區(qū)相繼出現(xiàn)。2009年，美國得克薩斯州某風電場經(jīng)串補線路送出線路發(fā)生20赫茲振蕩。2014年，德國北海海上風電直流送出工程發(fā)生250～350赫茲振蕩。寬頻振蕩對新能源健康持續(xù)發(fā)展、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行構(gòu)成威脅。
與水電、火電等常規(guī)電源引發(fā)的振蕩相比，大規(guī)模新能源并網(wǎng)系統(tǒng)寬頻振蕩更加復雜，振蕩頻率覆蓋數(shù)赫茲到上千赫茲，誘發(fā)振蕩的源頭包括陸上風力發(fā)電、光伏發(fā)電和海上風力發(fā)電，振蕩的場景包括交流弱電網(wǎng)、串聯(lián)補償線路、常規(guī)直流、柔性直流等。
阻抗方法是分析和解決電力電子系統(tǒng)振蕩的一種常用方法。傳統(tǒng)的阻抗方法主要適用于規(guī)模小、運行方式簡單、場景單一的系統(tǒng)。而海量的新能源場站使得并網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模龐大，新能源功率隨機波動導致系統(tǒng)運行方式復雜，涉及送出場景多，因而傳統(tǒng)的阻抗方法難以解決該類復雜系統(tǒng)的寬頻振蕩問題。
中國電科院攻關團隊在傳統(tǒng)的阻抗方法基礎上開展了大量創(chuàng)新性研究工作，建立了包含風力發(fā)電、光伏發(fā)電、常規(guī)直流、柔性直流、交流電網(wǎng)的頻率耦合阻抗模型，明晰了計及工作點變化的寬頻振蕩穩(wěn)定判據(jù)，揭示了多送出場景下新能源發(fā)電集群振蕩的產(chǎn)生和演化機理，提出了基于寬頻阻抗重塑的振蕩抑制策略，推動了阻抗方法理論體系創(chuàng)新，為解決大規(guī)模新能源并網(wǎng)系統(tǒng)寬頻振蕩問題提供了理論指導。
構(gòu)建驗證平臺
助推設備升級
寬頻振蕩引發(fā)大規(guī)模新能源連鎖脫網(wǎng)事故是不斷發(fā)展演化的動態(tài)過程，亟須研發(fā)高效仿真平臺，開展大規(guī)模新能源并網(wǎng)系統(tǒng)寬頻振蕩的事故復現(xiàn)和抑制策略驗證。
我國資源與負荷呈逆向分布，大基地開發(fā)、遠距離送出是新能源開發(fā)利用的主要形式之一。大規(guī)模新能源集群規(guī)模大，含上萬個發(fā)電機組，且機型眾多。同時，新能源機組控制結(jié)構(gòu)復雜，且由于新能源機組控制受到商業(yè)保護，控制“灰箱化”，導致無法建立精準的仿真模型。模型精度和仿真規(guī)模成為建設仿真平臺需要破解的兩大難題。
根據(jù)新能源發(fā)電特點，中國電科院攻關團隊通過采集國家能源大型風電并網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)系統(tǒng)研發(fā)（試驗）中心新能源機組現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)，依托包含新能源機組實際控制器的控制在環(huán)仿真系統(tǒng)，將控制器的源代碼封裝為電磁暫態(tài)仿真模型，首創(chuàng)“現(xiàn)場試驗-控制在環(huán)-源代碼封裝”模型校核技術，獲取了精確的新能源發(fā)電仿真模型，模型誤差為國際電工委員會（IEC）國際標準值的1/5。
在此基礎上，攻關團隊突破了綜合考慮電路參數(shù)、控制增益、旋轉(zhuǎn)慣量等因素的場站等值技術，建立了千萬千瓦級新能源發(fā)電集群全電磁暫態(tài)仿真平臺，用于寬頻振蕩事故過程的復現(xiàn)和抑制策略驗證。目前，依托該平臺，攻關團隊針對我國多個新能源場站實際開展了寬頻振蕩抑制策略驗證，指導新能源設備制造商優(yōu)化機組控制參數(shù)，已完成覆蓋我國在運80%的新能源機組型號設備的并網(wǎng)性能提升，促進了主流新能源發(fā)電制造商所產(chǎn)設備的控制性能優(yōu)化升級，提升了新能源發(fā)電設備整體技術水平。
提供整體方案
支撐產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展
2016年以來，中國電科院攻關團隊基于大規(guī)模新能源并網(wǎng)系統(tǒng)阻抗理論體系和千萬千瓦級新能源發(fā)電集群全電磁暫態(tài)仿真平臺，連續(xù)對在運的新能源場站和直流工程開展寬頻振蕩抑制，有力支撐了新能源發(fā)電集群在多送出場景中的穩(wěn)定運行，為大規(guī)模新能源并網(wǎng)寬頻振蕩問題分析與抑制積累了豐富的實踐經(jīng)驗。
攻關團隊通過對多個工程寬頻振蕩事故的研究發(fā)現(xiàn)，寬頻振蕩問題在工程的設計、調(diào)試階段可以進行事先干預。這不僅能避免寬頻振蕩事故，還可以支撐設備制造企業(yè)、新能源企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)等在內(nèi)的新能源產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展。
針對當下新能源產(chǎn)業(yè)鏈實際情況，攻關團隊提出了寬頻振蕩整體解決方案。方案包含規(guī)劃、設計、調(diào)試及運行等階段的全套技術策略。在規(guī)劃設計階段，團隊主要結(jié)合當?shù)氐碾娋W(wǎng)條件，基于現(xiàn)有新能源主流機型設備制造水平，提出并網(wǎng)技術改進建議，為工程建設把好設備關。在系統(tǒng)調(diào)試階段，團隊針對振蕩風險較高的極端工況排查系統(tǒng)振蕩原因，進一步完善振蕩抑制措施。
目前，團隊已經(jīng)對±800千伏哈密—重慶、陜西—河南、寧夏—湖南等特高壓直流送出工程開展前期系統(tǒng)振蕩風險分析、技術要求制訂等工作，為工程提供詳細的系統(tǒng)寬頻振蕩抑制策略。
提及新能源并網(wǎng)系統(tǒng)寬頻振蕩分析與抑制研究工作，王偉勝說：“科研工作要以國家能源戰(zhàn)略為指引，立足能源行業(yè)發(fā)展重大需求，圍繞一個科研方向做深做透，注重理論聯(lián)系實際?？蒲谐晒?jīng)得起工程實踐的檢驗?！?
