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国网:提升新能源消纳水平,助力新型电力系统建设

2022.04.20 来自:国家电网报

3月底,由国家电网有限公司西北分部牵头完成的“高比例新能源电网交直流送出能力提升控制关键技术及应用”科技成果通过中国电力企业联合会组织的专家鉴定。鉴定委员会认为,该项目在时空协调的交直流送出能力提升方法、新能源等综合灵敏度发电功率分配技术和自适应稳定控制等方面达到国际领先水平。


西北地区新能源资源禀赋好、发展空间大。近年来,国网西北分部专注高比例新能源电网运行控制,取得了一系列创新成果,积累了实践经验。该分部应用创新成果实施交直流协调互济、安控精益化控制等措施,2019年至2021年间,累计提升西北电网断面能力900万千瓦,保障新能源利用率提升15个百分点,新能源发电量占比由16.06%提升至21.17%,在新能源高效利用方面走在了全国前列,为西北新型电力系统建设奠定坚实基础,助推能源转型。


需求导向,抓住新型电力系统建设关键难点


西北地区风能可开发量占全国陆上风能的三分之一,太阳能技术可开发量占全国的59%,新能源可开发量高达19亿千瓦。


近年来,随着新能源发电和直流输电技术的快速发展,西北电网新能源发电装机已达1.43亿千瓦,超过全网总装机的40%。西北电网通过11回直流输电线路与其他区域电网异步互联,总外送规模达7071万千瓦,成为我国新能源发电装机占比最高,直流外送规模最大、外送能力最强的区域电网。


与此同时,大直流、高比例新能源的特点给西北电网运行控制带来全新挑战。“多直流之间、直流与新能源间耦合程度高,连锁故障隐患突出,直流故障对电网安全稳定水平和重要交流断面限额的影响显著,限制了交直流送出能力和新能源消纳水平,对西北地区新能源的持续、健康发展产生影响。”西北电力调度控制中心系统运行处处长王吉利说。


针对上述挑战,国网西北分部紧抓高比例新能源电网交直流送出能力提升,组织西安交通大学、国电南瑞科技股份有限公司等优势产学研单位,专注研究高比例新能源电力交直流送出能力关键技术,历时7年形成一系列技术成果。成果应用于电网控制后,有效提升了高比例新能源交直流送端电网的运行分析和稳定控制能力。


创新攻关,开展一系列关键技术研究


3月28日,西北电力调度控制中心调度员李武璟轻点鼠标,利用国内首套新能源多场站在线监测预警及辅助决策系统查看西北电网新能源资源、出力、稳定水平评估指标等实时数据,并在此基础上优化调整新能源出力。


新能源多场站在线监测预警及辅助决策系统是“高比例新能源电网交直流送出能力提升控制关键技术及应用”项目成果之一。该系统通过计算分析新能源场站接入电网的电压强度,可直观、量化评估新能源接入稳定水平,并针对发现的隐患提出相应的控制方案及解决措施,指导新能源及常规机组运行方式安排,提高了西北电网在新能源运行控制、运行方式安排等方面的智能决策控制水平。


在国内外同等规模的同步电网中,西北电网的直流输电规模、新能源发电装机占比等多项指标均处于领先地位,如何进一步提升高比例新能源电网交直流送出能力,在国内外无相关经验可借鉴。同时,西北电网网架相对薄弱,电网运行面临的情况复杂,在电网运行控制等领域处于“无人区”,必须依靠创新突破填补空白,走出一条自主创新的特色发展之路。


为了不断提升高比例新能源电网送出能力,为更大区域提供安全可靠的清洁能源,国网西北分部组织技术专家和劳模,成立大规模新能源智能管控与市场机制创新工作室,为攻克技术难题、推动“双碳”目标在西北电网落地奠定基础。国网西北分部以“严细实新高快”为标准,从电网运行实际需求出发,以交直流高度耦合下的送出能力提升为研究目标,以模型研究、机理分析、量化评价、控制提升为研究路线,从交直流电网建模、直流间交互影响分析、直流与新能源交互影响分析、多直流送出能力提升控制和直流极控安控协调控制等方面开展稳定机理分析与控制技术攻关和装备研发,攻克了多直流互济、源网协调优化、稳控策略自适应调整等一系列关键技术,形成了高比例新能源电网交直流送出能力提升的全面、系统化解决方案。


应用成果,提升新能源送出能力和消纳水平


项目团队在取得技术突破后,积极开展实践应用,相关成果在国网西北分部及国网甘肃、青海、新疆电力等省级电力公司落地应用,显著增强了西北电网直流故障下的稳定运行和防控能力,提升了西北电网高比例新能源交直流送出能力和新能源消纳水平。


2019~2021年,项目成果在生产运行中助力吉泉、天中、青豫等直流工程提升送出能力共计400万千瓦,并通过提升吉泉、祁韶、天中直流送电能力、扩大新能源消纳空间等,助力新疆、甘肃、青海电网的新能源及直流外送电量增加110.2亿千瓦时。项目成果助力西北电网2019~2021年增加新能源发电量共55亿千瓦时,节约电煤175.8万吨,减排二氧化碳474.6万吨。


以新疆哈密新能源基地为例,哈密新能源发电装机超过1100万千瓦,受风机耐压水平限制,新能源外送曾存在受阻情况。2020年以来,国网西北分部应用项目技术成果,通过创新采取直流紧急控制、优化新能源功率分配等措施,累计提升哈密新能源送出能力300万千瓦。“近几年新能源利用率持续提高。2021年哈密三峡淖毛湖风电场发电量同比增长12.4%,经营利润同比提升8%。”三峡新疆新能源有限公司营销部主任张亚楠介绍。


总体来说,项目研究在高比例新能源电网分析控制上实现了从“定性评价”到“量化评估并指导电网运行控制”的重大跨越,提升了交直流送出能力及新能源消纳能力,促进了西北上千万千瓦规模新能源的开发利用,为促进西北地区资源优势转化为经济优势、推动当地经济社会发展作出了贡献。同时,项目也为国内外提升大直流、高占比新能源送端电网交直流送出能力提供了先进的解决方案。


今年政府工作报告要求,“推进大型风光电基地及其配套调节性电源规划建设”“提升电网对可再生能源发电的消纳能力”。《“十四五”现代能源体系规划》提出,推动电力系统向适应大规模高比例新能源方向演进;加大力度规划建设以大型风光电基地为基础、以其周边清洁高效先进节能的煤电为支撑、以稳定安全可靠的特高压输变电线路为载体的新能源供给消纳体系。项目成果能为上述部署要求的落地实施提供技术支持和运行控制方案。


2022年,新能源发电将成为西北电网装机中占比最重的电源。“十四五”时期,西北电网预计还将投运6条直流输电线路。后续,项目团队将结合电网发展,进一步深化完善项目研究成果,以适应送出规模更大、特性更为复杂的高比例新能源电网,为更好保障西北高比例新能源电网稳定运行及可靠送出提供支撑。




相关线下活动:


第十二届光热发电中国聚焦大会2022(2022年5月26-27日,中国北京)

第五届光热发电中东北非大会2022(时间待定,阿联酋迪拜)


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