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国网甘肃电力研发风光电集群控制关键技术

国际太阳能光伏网  来源:国家电网报  日期:2017-02-28

2月10日,2016年度甘肃省科学技术(专利)奖励大会召开。由国网甘肃省电力公司牵头完成的“千万千瓦级风光电集群控制关键技术及应用”在全省135项科技项目中脱颖而出,获得一等奖。

新能源快速发展带来挑战

在河西走廊广袤的戈壁滩上,一台台风机迎风矗立,一望无际的光伏板熠熠生辉,二者相互辉映,构成了丝绸之路上一道靓丽的风景线。

甘肃是全国风能和太阳能资源最为丰富的地区之一。早在2007年,甘肃省政府针对酒泉风电基地建设提出了“建设河西风电走廊,打造西部陆上三峡”的构想。从河西第一个装机容量5万千瓦的风电场落户酒泉,到全国首座千万千瓦级风电基地在酒泉开工建设,甘肃新能源产业发展非常快。

值得一提的是,随着河西风电的大力发展,光伏产业也积极效仿风电发展模式,着手打造千万千瓦级光伏基地。从2008年至今,甘肃新能源的发展一直居于全国前列,河西的风电、光伏行业一直保持着迅猛发展的势头,但是问题也随之而来。

在国内电力行业专家看来,由于无法解决风光电生产时的稳定性和传输过程中电网安全等问题,这些风机和光伏板并没有完全发挥出自身的作用。

2011年,由于酒泉风电基地大多数风电机组不具备低电压穿越能力,甘肃酒泉地区相继发生4次大规模风机脱网事故,引起了业界高度关注。

国网电力科学研究院新能源研究所王伟胜所长曾提出:“大规模风电接入对甘肃电网主网的电压稳定水平影响较大,不采取技术措施无法正常运行。”

事实上,随着新能源的发展,风光电集群具有波动性强、可控性弱的特点,很有可能引起电网调频调峰困难、电网运行风险加大、风光电出力受限等一系列问题。因此,只有攻克千万千瓦级风光电集群控制技术这一世界性难题,建设风光电集群控制系统示范工程,提高风光电并网运行控制技术水平和消纳能力,才能从根本上保证新能源整体开发规模与电网消纳能力协调发展,为建设全球能源互联网中国西部示范基地奠定基础。

迎难而上打造尖端“武器”

风电场、光伏电站集群控制系统研究与开发项目,是国网甘肃电力以酒泉千万千瓦级风电、百万千瓦级光电基地为控制目标,重点研究大规模风光电集群的有功、无功电压和安全稳定控制策略的重磅“武器”。

2011年12月21日,由国网甘肃电力牵头,国网电科院、清华大学、华北电力大学、上海交通大学、中电装备、许继集团等单位共同参与的“风电场、光伏电站集群控制系统研究与开发”项目获国家科技部批准后,在兰州正式启动。

“项目课题包含6个子课题,包括重点研究风电场、光伏电站集群实时监测控制、功率预测和误差评估、调度运行控制和安全防御策略、系统设计集成和运行管理等关键技术。”国网甘肃电力风电技术中心主任汪宁渤介绍说,“项目的研发具有自主知识产权,建有相关标准规范体系,是风电场、光伏电站集群控制系统示范工程。”

汪宁渤常把这项课题比做“驯马”。他把项目的作用比作跑马场,把新能源比作马儿,课题研究的目的就是让马儿既能在场内驰骋,又能有效控制马儿奔跑的节奏。汪宁渤认为,一旦该课题涉及的技术难题被攻破,我国新能源大规模发电和输送就可能会像常规电源一样安全稳定。

创新,意味着要攻坚克难,具备坚强的意志。周强是国网甘肃电力风电技术中心的员工,也是负责该项目的工程师。回想项目实施阶段的日子,他依然历历在目。

“河西环境艰苦,现场建设工作异常繁重,每年春节后大家便带着工具箱和仪器设备赶赴现场。”周强说,“河西有44座测风塔、18座测光站,每年至少维护一次,工作量相当大。”

如何用少量的测风塔、测光站覆盖更多的风电场、光伏电站,还能确保监测数据安全可靠,是项目研发过程中遇到的一道技术难题。

针对这一问题,国网甘肃电力风电技术中心专门成立了测风、测光网络建设小分队和数据支撑平台建设小分队,多次组织人员深入现场进行勘察。为保障第一手数据的可靠性和准确性,周强与同事们长期驻扎在戈壁荒滩上,他们已经记不清多少次顶着风沙出行,徒手攀爬了多少座70~100米高的测风塔,他们熟悉那里的每一处风场、电站。经过多次现场实测和仿真计算,周强一行创造性地完成了“一种包含上下游效应实时监测的超短期预测方法”及多项发明专利,通过采用测风测光网络优化布局方法,攻克了技术难题,确保了风光电集群控制关键技术课题顺利实施。

在实践中推广应用科研成果

2月20日,在国网甘肃电力调度控制中心,调度员田若鹏正轻点鼠标,通过大屏实时监测全省各个风电场、光伏电站的运行情况,一切操作井然有序。

“酒泉新能源开发规模巨大、地处偏远、电网较为薄弱,面临并网消纳的瓶颈问题。”田若鹏介绍说,“这项科研成果可以根据断面裕度和电网实际消纳能力,对各个风电场、光伏电站实时发放发电计划,十分了得。”

据了解,风电场、光伏电站集群控制系统将地理上毗邻、特性上相关且拥有共同接入点的风电场、光伏电站集群进行一体化整合、集中协调控制,能够有效平抑单一风场、光伏电站的随机性和波动性出力特性,不断提高风电场、光伏电场技术标准,逐步改善酒泉地区风电场、光伏电站的集群出力,稳步提升甘肃电网接纳、消纳、送出新能源的能力。

风电技术中心工程师赵龙说:“这个系统自2013年投运后,甘肃电网便再未发生大规模风光电脱网事故,河西风光电基地外送通道提升了30%的输电能力。”

据了解,自2013年起,该项目成果已陆续在甘肃电网示范应用,覆盖河西走廊53个风电场、18个光伏电站、4个火电厂、40个控制子站、5个协调控制主站,实现了1262万千瓦风电和167万千瓦光电的集群一体化控制和风光电的“三公”调控。成果的多项性能指标均达到了世界领先水平,走出了一条有别于欧美模式的中国新能源发展之路。

目前,该项目研究成果已推广至青海、江苏、辽宁等十多个省区,覆盖了我国60%以上的大规模集中并网风光电基地。该项成果的应用从根本上解决了大规模新能源基地可观测、可预测、可调度、可控制的世界性难题,实现了我国规模化风光电集群控制领域从“技术跟随”到“技术引领”的重要转变。在中美气候变化峰会成果展上,该项成果的先进性、战略性和实用性获得国内外的一致认可,并将成为欧洲海上风电、北非太阳能基地主要技术手段。

汪宁渤自豪地说:“河西示范工程投运近3年,新增直接经济效益15.33亿元,预计2017~2020年,直接经济效益年均增长率将在20%以上,到2020年经济效益将达到每年10亿元。”

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