以科技創(chuàng)新 解決電網(wǎng)技術(shù)難題

崔靜 李蘊(yùn)紅 楊偉新

5月10日，冀北電力科學(xué)研究院智能電網(wǎng)與新能源研究所的兩路技術(shù)團(tuán)隊(duì)成員分別趕赴張家口和潤(rùn)阿拉素風(fēng)電場(chǎng)、錫盟大唐寶日胡風(fēng)電場(chǎng)，開(kāi)展新能源場(chǎng)站涉網(wǎng)檢測(cè)。“五一”假期期間，他們已經(jīng)完成冀北地區(qū)5座風(fēng)電場(chǎng)的自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）涉網(wǎng)性能檢測(cè)和錫盟地區(qū)7座風(fēng)電場(chǎng)的電能質(zhì)量檢測(cè)工作，為新能源企業(yè)提供專(zhuān)業(yè)技術(shù)服務(wù)。

自2012年重組改制以來(lái)，經(jīng)過(guò)10年時(shí)間，冀北電科院實(shí)現(xiàn)了“技術(shù)服務(wù)+工程調(diào)試+科技研發(fā)”三位一體的跨越式發(fā)展，在網(wǎng)源協(xié)調(diào)、新能源并網(wǎng)、高壓輸變電、火力發(fā)電節(jié)能環(huán)保等領(lǐng)域形成了獨(dú)具特色的研究品牌和優(yōu)勢(shì)方向，多項(xiàng)成果在生產(chǎn)實(shí)際中推廣應(yīng)用。截至目前，該公司共獲得國(guó)家級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)2項(xiàng)、省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)246項(xiàng)，取得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)418項(xiàng)、國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利授權(quán)399項(xiàng)。

在新能源實(shí)時(shí)仿真領(lǐng)域取得突破

3月底，智能電網(wǎng)與新能源研究所風(fēng)光儲(chǔ)并網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)實(shí)驗(yàn)室完成了張北特高壓1000千伏、500千伏、220千伏、110千伏、35千伏電壓等級(jí)的電磁暫態(tài)仿真試驗(yàn)。經(jīng)檢測(cè)，各電壓等級(jí)的全部母線暫態(tài)過(guò)電壓均未超標(biāo)。至此，張北特高壓“五變五線”送出系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真與輸電能力校核工作完成，為張北特高壓送出能力再提升提供可靠支撐。

張北特高壓工程和張北柔性直流工程投產(chǎn)后，張北新能源基地、豐寧儲(chǔ)能基地與北京負(fù)荷中心隔空“牽手”，每年可將140億千瓦時(shí)的清潔能源送至京津冀地區(qū)，推動(dòng)資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為發(fā)展優(yōu)勢(shì)。

2021年10月，康保、尚義變電站擴(kuò)建工程相繼投運(yùn)，張北特高壓500千伏網(wǎng)架由“三變?nèi)€”變?yōu)椤拔遄兾寰€”，但送出能力沒(méi)有進(jìn)一步釋放。隨著送端8座新能源場(chǎng)站先后并網(wǎng)，張北特高壓新能源消納形勢(shì)嚴(yán)峻，送出能力再提升的需求迫切。然而，新能源外送給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)挑戰(zhàn)。隨著新能源滲透率不斷增加，電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為與安全穩(wěn)定特性更加復(fù)雜，暫態(tài)過(guò)電壓與寬頻振蕩問(wèn)題日益突出。仿真分析是正確認(rèn)知電力系統(tǒng)特性、制訂針對(duì)性調(diào)控措施的基礎(chǔ)。因此，在新能源并網(wǎng)前建立準(zhǔn)確的風(fēng)電機(jī)組電磁暫態(tài)模型是新能源外送的必要條件。

2021年12月初，智能電網(wǎng)與新能源研究所啟動(dòng)了張北特高壓“五變五線”送出系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真與輸電能力校核工作。此后的兩個(gè)月，該研究所技術(shù)專(zhuān)家精細(xì)化調(diào)配多核仿真資源，不斷提高模型內(nèi)新能源裝機(jī)容量，使張北特高壓風(fēng)電機(jī)組電磁暫態(tài)模型規(guī)模擴(kuò)大了近一倍，突破了高計(jì)算密度仿真延遲、多仿真機(jī)計(jì)算負(fù)載失衡等關(guān)鍵技術(shù)難題，準(zhǔn)確評(píng)估出在392萬(wàn)千瓦方式下出現(xiàn)不同故障時(shí)各電壓等級(jí)母線的暫態(tài)過(guò)電壓水平。

近年來(lái)，冀北電科院實(shí)現(xiàn)了在新能源實(shí)時(shí)仿真領(lǐng)域的重大突破，構(gòu)建了千萬(wàn)千瓦級(jí)新能源匯集區(qū)全電磁暫態(tài)仿真平臺(tái)。

研究燃煤機(jī)組深度調(diào)峰優(yōu)化技術(shù)

4月20日，冀北電科院鍋爐、汽機(jī)等專(zhuān)業(yè)的17名員工開(kāi)始在天津大港電廠3號(hào)機(jī)組開(kāi)展為期一個(gè)月的深調(diào)峰能力及涉網(wǎng)能力認(rèn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)內(nèi)容包括深調(diào)峰上下限能力測(cè)試、下限邊際成本測(cè)試、機(jī)組污染物排放試驗(yàn)、機(jī)組24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行考核試驗(yàn)等。

“傳統(tǒng)燃煤機(jī)組不僅要降低出力、給新能源騰出空間，還要在新能源出力不足的時(shí)候及時(shí)補(bǔ)充。這就要求火電機(jī)組打破僅在額定容量50%～100%范圍內(nèi)變負(fù)荷運(yùn)行的局限性，確保在額定容量50%以下范圍內(nèi)仍能自動(dòng)變負(fù)荷安全穩(wěn)定運(yùn)行?！彪娬炯夹g(shù)鍋爐研究所員工趙熙說(shuō)。他是此次試驗(yàn)的項(xiàng)目經(jīng)理，也是參與2021年京能集團(tuán)岱海電廠4號(hào)機(jī)組15%深度調(diào)峰試驗(yàn)的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)成員之一。

在“雙碳”背景下，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)對(duì)電源側(cè)調(diào)節(jié)能力提出更高要求，通過(guò)靈活性改造燃煤機(jī)組實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰運(yùn)行是提升電源側(cè)調(diào)節(jié)能力的優(yōu)先選擇。

2014年，冀北電科院聯(lián)合電網(wǎng)企業(yè)、高校、電廠開(kāi)展燃煤機(jī)組深度調(diào)峰性能評(píng)估及優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究，首次實(shí)現(xiàn)了燃煤機(jī)組50%～20%額定負(fù)荷AGC、一次調(diào)頻等功能，建立了調(diào)峰性能評(píng)價(jià)體系，還提出了重塑鍋爐動(dòng)態(tài)燃燒邊界的穩(wěn)燃系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，突破了火電機(jī)組大規(guī)模、深度調(diào)峰面臨的挑戰(zhàn)。

2017年，冀北電科院在岱海電廠應(yīng)用該技術(shù)成果。2021年，冀北電科院專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)在岱海電廠4號(hào)機(jī)組開(kāi)展燃煤機(jī)組15%深度調(diào)峰試驗(yàn)并取得成功。同年10月，“燃煤機(jī)組深度調(diào)峰性能評(píng)估及優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”課題獲得2021年度中國(guó)電力科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

目前，冀北電科院積極推廣燃煤機(jī)組深度調(diào)峰工作，已在多家發(fā)電集團(tuán)多種類(lèi)型的33臺(tái)燃煤機(jī)組上成功應(yīng)用燃煤機(jī)組深度調(diào)峰性能評(píng)估及優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)，使這些燃煤機(jī)組的調(diào)峰能力提升約500萬(wàn)千瓦。

建設(shè)新能源大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用平臺(tái)

“風(fēng)電場(chǎng)014號(hào)風(fēng)電機(jī)組3月份發(fā)電性能最優(yōu)，085號(hào)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能最差，需進(jìn)一步分析085號(hào)機(jī)組發(fā)電性能劣化的原因，減少發(fā)電量損失?！?月21日，在智能電網(wǎng)與新能源研究所，大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用團(tuán)隊(duì)對(duì)某風(fēng)電場(chǎng)3月份的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行研討。他們計(jì)劃運(yùn)用大數(shù)據(jù)手段，為新能源場(chǎng)站最大化發(fā)電找到最優(yōu)解。

作為大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的重要領(lǐng)域，新能源發(fā)電在并網(wǎng)消納及設(shè)備的可靠運(yùn)行方面面臨諸多挑戰(zhàn)。為充分挖掘新能源發(fā)電數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值，冀北電科院于2019年啟動(dòng)新能源大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用平臺(tái)建設(shè)，在融合電網(wǎng)數(shù)據(jù)、新能源場(chǎng)站數(shù)據(jù)和第三方氣象數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了新能源發(fā)電精益化運(yùn)維、風(fēng)光資源評(píng)估與氣象預(yù)警、新能源場(chǎng)站涉網(wǎng)性能分析和區(qū)域新能源消納分析等功能模塊。

大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用團(tuán)隊(duì)研發(fā)人員王玙說(shuō)：“新能源大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用平臺(tái)不僅可以基于定制化界面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)場(chǎng)站運(yùn)行情況，而且可以從發(fā)電量、發(fā)電性能、故障分析、涉網(wǎng)性能等多個(gè)角度向場(chǎng)站定期推送運(yùn)行評(píng)價(jià)分析報(bào)告，并根據(jù)海量運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)掘場(chǎng)站運(yùn)行的潛在問(wèn)題，新能源場(chǎng)站可以根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行整改或優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了場(chǎng)站與平臺(tái)數(shù)據(jù)交互的良性循環(huán)。”

冀北地區(qū)約有新能源場(chǎng)站300座，新能源發(fā)電設(shè)備5萬(wàn)臺(tái)，傳統(tǒng)的人工監(jiān)督模式難以及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷。2021年起，冀北電科院依托新能源大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用平臺(tái)，探索開(kāi)展了“線上+線下”新能源技術(shù)監(jiān)督服務(wù)新模式，線上利用平臺(tái)數(shù)據(jù)資源優(yōu)勢(shì)精準(zhǔn)定位問(wèn)題缺陷，線下通過(guò)與后臺(tái)專(zhuān)家聯(lián)動(dòng)不斷優(yōu)化新能源設(shè)備性能，確保新能源設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。