中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：截至2024年年底，國網(wǎng)河北省電力有限公司經(jīng)營區(qū)內(nèi)風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)超過4200萬千瓦。其中，光伏發(fā)電裝機(jī)約3730萬千瓦，滲透率位居全國前列。面對新能源大規(guī)模接入，電網(wǎng)需要應(yīng)對源荷多級(jí)整流逆變、潮流反復(fù)逆轉(zhuǎn)、電能質(zhì)量控制等問題。
河北電力科學(xué)研究院在研究含高滲透率光伏發(fā)電設(shè)備的電力系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了安全組網(wǎng)、穩(wěn)定構(gòu)網(wǎng)和優(yōu)質(zhì)供電體系。相關(guān)成果在平山縣營里鄉(xiāng)、安新縣安新鎮(zhèn)王家寨村、涉縣合漳鄉(xiāng)等地推廣應(yīng)用，提升了電網(wǎng)運(yùn)行可靠性和供電質(zhì)量。
安全組網(wǎng)：基于電網(wǎng)拓?fù)渥兓姆拦聧u方法可有效辨識(shí)光伏發(fā)電系統(tǒng)是否孤島運(yùn)行
在電網(wǎng)檢修或極端天氣等突發(fā)情況導(dǎo)致電網(wǎng)暫停供電時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)可能脫離電網(wǎng)孤島運(yùn)行，威脅人身和設(shè)備安全。
2017年，河北電科院成立柔性攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，依托河北省能源互聯(lián)網(wǎng)仿真建模與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建成中低壓交直流電網(wǎng)互聯(lián)真型試驗(yàn)平臺(tái)及硬件在環(huán)半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，開展安全組網(wǎng)、協(xié)同控制策略驗(yàn)證，防止出現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)孤島運(yùn)行情況。
光伏發(fā)電系統(tǒng)孤島運(yùn)行時(shí)仍能暫時(shí)維持局部供電，且無明顯電壓或頻率波動(dòng)，所以不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。為快速辨識(shí)出光伏發(fā)電系統(tǒng)是否正處于孤島運(yùn)行狀態(tài)，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)提出了基于電網(wǎng)拓?fù)渥兓姆拦聧u方法。該方法是在交直流電網(wǎng)連接處注入交流電壓分量，通過檢測電源出口處電壓的變化來判斷光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。
“這種辨識(shí)方法準(zhǔn)確、高效，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患，保障整個(gè)供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行及用戶用電安全?！惫リP(guān)團(tuán)隊(duì)帶頭人王磊說，“同時(shí)，使用這種方法不需要增加一次設(shè)備，改造成本也相對較低?！?
基于相關(guān)成果，2021年，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)還研制了防孤島設(shè)備——光伏臺(tái)區(qū)智能調(diào)控終端，并申請了7項(xiàng)國家發(fā)明專利。
穩(wěn)定構(gòu)網(wǎng)：開展光伏電站實(shí)測建模確保仿真計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確
隨著光伏滲透率的不斷提高，河北南網(wǎng)的穩(wěn)定特性已發(fā)生深刻變化。而目前新能源典型計(jì)算模型中的參數(shù)無法準(zhǔn)確反映當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的實(shí)際特性。
為確定新能源典型計(jì)算模型中的參數(shù)，2022年，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)運(yùn)用硬件在環(huán)實(shí)時(shí)仿真技術(shù)，開展光伏逆變器在不同功率、不同跌落深度、不同故障類型條件下的數(shù)十種工況測試，基于測試數(shù)據(jù)來確定光伏逆變器模型參數(shù)，并運(yùn)用電力系統(tǒng)分析計(jì)算軟件進(jìn)行相同工況的仿真驗(yàn)證，不斷優(yōu)化參數(shù)，確保仿真結(jié)果與測試結(jié)果一致。
“我們?nèi)诤衔锢矸抡媾c數(shù)字仿真的優(yōu)勢，使新能源典型計(jì)算模型具備了高逼真度的特點(diǎn)，能準(zhǔn)確反映光伏逆變器的運(yùn)行參數(shù)，確保了仿真計(jì)算結(jié)果的精確度?！蓖趵诮榻B。
在建模過程中，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)針對河北南網(wǎng)光伏逆變器參數(shù)復(fù)雜等問題，構(gòu)建全實(shí)物仿真平臺(tái)，拓展實(shí)測建模測試手段，利用光伏模擬器模擬實(shí)際光伏電源，利用雙向可編程交流電源模擬大電網(wǎng)環(huán)境，最大限度還原光伏電站真實(shí)工況，提升了實(shí)測建模效率。
截至目前，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了河北南網(wǎng)共計(jì)235座光伏電站的實(shí)測建模，實(shí)現(xiàn)了光伏逆變器、雙向儲(chǔ)能變流器、靜止無功補(bǔ)償器的全場景、全要素仿真建模，增強(qiáng)了安全穩(wěn)定邊界計(jì)算能力。此外，他們還完成了64座風(fēng)電場的實(shí)測建模。后續(xù)，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)將針對分布式光伏開展建模。
電能質(zhì)量控制：每隔1分鐘回傳監(jiān)測數(shù)據(jù)
“本次監(jiān)測沒有發(fā)現(xiàn)諧波超標(biāo)，可以判斷電能質(zhì)量合格?！?月27日，在河北省能源互聯(lián)網(wǎng)仿真建模與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)成員周文和蘇燦利用自主研發(fā)的電能質(zhì)量監(jiān)測平臺(tái)光伏電能質(zhì)量在線監(jiān)測模塊，監(jiān)測邯鄲地區(qū)試點(diǎn)光伏臺(tái)區(qū)的電能質(zhì)量。監(jiān)測結(jié)果可為提升電能質(zhì)量研究工作提供數(shù)據(jù)。
光伏電源大量接入電網(wǎng)會(huì)在一定程度上影響電能質(zhì)量。在我國，以往電網(wǎng)電壓波形是頻率為50赫茲的正弦波，而光伏電源輸出功率受天氣影響不斷變化，會(huì)產(chǎn)生諧波，影響供電電壓。2023年，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)基于現(xiàn)實(shí)需求，升級(jí)了原有的電能質(zhì)量監(jiān)測平臺(tái)，增加了光伏電能質(zhì)量在線監(jiān)測模塊。
“目前，電能質(zhì)量監(jiān)測平臺(tái)共有192個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。安裝在新能源場站、分布式光伏并網(wǎng)點(diǎn)的電能質(zhì)量在線監(jiān)測終端每隔1分鐘將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至平臺(tái)。當(dāng)電能質(zhì)量指標(biāo)超出設(shè)定的閾值時(shí)，平臺(tái)會(huì)發(fā)出告警信息，并將信息推送至相關(guān)運(yùn)維人員。運(yùn)維人員根據(jù)告警信息采取相應(yīng)的措施，提升電能質(zhì)量?！敝芪恼f。
攻關(guān)團(tuán)隊(duì)的相關(guān)成果已獲2023年度河北省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，還在河北省企業(yè)職工創(chuàng)新創(chuàng)效競賽中獲企業(yè)職工突破性創(chuàng)新成果一等獎(jiǎng)。
