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為保障新能源大規(guī)模并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，目前，我國正在陸續(xù)修訂新能源并網(wǎng)的相關國家標準，也相應提出了新的技術要求。中國企業(yè)與研究機構也在積極參與國際上相關的技術研究和標準編制工作。
風光大基地的建設并網(wǎng)將給傳統(tǒng)電網(wǎng)帶來怎樣的影響和挑戰(zhàn)?
根據(jù)6月1日起實施的《電力可靠性管理辦法(暫行)》，沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)的大規(guī)模風能、太陽能等可再生能源發(fā)電企業(yè)要建立與之適應的電力可靠性管理體系，加強系統(tǒng)和設備的可靠性管理，防止大面積脫網(wǎng)，對電網(wǎng)穩(wěn)定運行造成影響。
“早在10余年前，甘肅就建設了全國首個千萬千瓦級風電基地，在這一過程中，針對新能源電力外送、電網(wǎng)穩(wěn)定運行等問題的認識也在逐步提升。未來，在沙漠、戈壁地區(qū)建設的風光大基地也面臨同樣問題�！痹趪H電工委員會可再生能源接入電網(wǎng)技術分委會(IEC TC8/SC8A)秘書、中國電力科學研究院新能源中心總工程師遲永寧看來，高滲透率的新能源發(fā)電和遠距離高壓直流輸電改變了電力系統(tǒng)的特性，在新型電力系統(tǒng)場景下，新能源發(fā)電與大電網(wǎng)之間的相互作用加強，帶來一系列影響到電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的新技術挑戰(zhàn)。
“問題”集中爆發(fā)在何處?在新能源裝機比重不斷增長的過程中，電力系統(tǒng)的“可靠性”到底應該如何保障?
故障穿越能力不足、次同步振蕩等問題引發(fā)運行事故
遲永寧坦言，基于電力電子技術的新能源發(fā)電設備具有“低抗擾，弱支撐”特性，“過去幾年時間，隨著大規(guī)模新能源建設的推進，暴露出了非常大的系統(tǒng)安全穩(wěn)定風險問題，包括整個系統(tǒng)一次調頻能力不足、故障影響范圍擴大等，對電網(wǎng)構成了很大沖擊。高比例新能源發(fā)電在系統(tǒng)事故條件下極易引發(fā)連鎖反應，進而加劇系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞�！�
“在新能源快速發(fā)展的過程中，由于新能源場站的故障穿越能力偏低，造成大規(guī)模新能源脫網(wǎng)事故屢見不鮮�！边t永寧透露，僅在2011年，國家電網(wǎng)經(jīng)營范圍內就發(fā)生了超過200次風電脫網(wǎng)事故。
根據(jù)國家電監(jiān)會通報的信息，2011年2月24日，西北電網(wǎng)甘肅酒泉風電基地橋西第一風電場的35千伏電纜饋線電纜頭發(fā)生三相短路故障，導致598臺風電機組脫網(wǎng)，損失出力84萬千瓦。彼時，國家電監(jiān)會稱其為“近幾年中國風力發(fā)電對電網(wǎng)影響最大的一起事故”。
遲永寧介紹，脫網(wǎng)事故背后反映出新能源發(fā)電還不具備與電網(wǎng)協(xié)同穩(wěn)定運行的支撐能力�！叭狈Φ碗妷捍┰降哪芰Γ瑹o功控制的策略也不夠完善，造成事故的影響面進一步擴大�！�
同時，遲永寧強調，隨著新能源高比例接入電網(wǎng)，由此引發(fā)的振蕩問題也不容忽視�！按瓮秸袷帋淼倪^電流、過電壓問題，一方面會損傷風電機組或者光伏變流器，另一方面也會影響到火電機組軸系，甚至引起機組大軸的損傷。”遲永寧告訴記者，2015年7月，在新疆某地區(qū)的風電場與火電機組出現(xiàn)了次同步振蕩，造成火電廠3臺66萬機組跳機�！靶履茉磮稣靖痣姍C組之間會產生一個大的功率振蕩，在一定頻率下會帶來火電機組的軸系扭轉振蕩，造成機組軸系疲勞損傷，甚至損壞發(fā)電設備�！睂Υ�，遲永寧表示，通過新能源發(fā)電設備控制系統(tǒng)的改造有望實現(xiàn)對振蕩的阻尼。目前，新疆哈密已建立了覆蓋所有關鍵風電場、變電站的次同步振蕩監(jiān)測、控制系統(tǒng)。
過電壓問題 、頻率穩(wěn)定風險直接影響外送水平
此外，針對新能源電力的大規(guī)模、遠距離外送，遲永寧強調，送端交流電網(wǎng)過電壓問題、送受端頻率穩(wěn)定問題等都會直接影響外送水平�！霸谛乱惠嗭L光大基地建設的過程中，一方面要對新能源發(fā)電本身提出相應的技術要求，另一方面在電網(wǎng)側也會采取一定的技術措施去解決這些問題。”
遲永寧介紹，在電網(wǎng)送端，安裝同步調相機，或將退役的火電廠改造為調相機電廠，都是未來可行的技術選擇�！扒嘣ブ绷鞴こ讨性诰W(wǎng)側變電站和新能源場站側都安裝了一定比例的同步調相機，以提高電網(wǎng)強度。”在風電、光伏等新能源發(fā)電側，打造構網(wǎng)型發(fā)電技術(Grid Forming)，也能夠幫助提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性�！皹嬀W(wǎng)型發(fā)電，就是通過在變流器控制環(huán)節(jié)中模擬同步發(fā)電機的運行機制，讓新能源發(fā)電機組變得像同步機一樣對電網(wǎng)有足夠的支撐能力�！边t永寧透露，這一技術已經(jīng)在國內外的新能源變流器、儲能系統(tǒng)中開展了部分研究示范，其技術應用前景被寄予厚望。
完善技術標準 提升系統(tǒng)安全穩(wěn)定性
為保障新能源大規(guī)模并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，遲永寧透露，目前，正在陸續(xù)修訂新能源并網(wǎng)的相關國家標準，也相應提出了新的技術要求�！氨热缭谝呀�(jīng)發(fā)布的陸上風電場接入電網(wǎng)技術標準GB/T 19963.1-2021中，增加了對風電場慣量響應和一次調頻的要求，規(guī)定了慣量響應和一次調頻的功率控制量化指標、上升時間和允許偏差等，還修改了對稱故障時風電場低電壓穿越的動態(tài)無功支撐能力要求，增加了不對稱故障時風電場低電壓穿越的動態(tài)無功支撐能力要求等。”
同時，遲永寧介紹，中國企業(yè)與研究機構也正在積極參與國際上相關的技術研究和標準編制工作。在國際電工委員會的國際標準工作中，中國電科院牽頭了風電和光伏發(fā)電接入大電網(wǎng)的系統(tǒng)級問題方面的國際標準制訂，“主要關注風電和光伏發(fā)電接入弱交流電網(wǎng)的相關問題、場站級的交互影響和協(xié)同控制問題、電壓和頻率的故障穿越，以及新型的電力電子、新能源參與的次超同步振蕩等問題�！�
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