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千里“追風人”

國家電網(wǎng)報發(fā)布時間:2021-03-24 23:19:49

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  張北工程的聯(lián)調(diào)試驗需要依賴于新能源和柔性直流電網(wǎng)的真實模型。這兩個高度復雜的系統(tǒng),單獨拿出來進行建模已經(jīng)困難重重,進行聯(lián)合測試更是從未有過先例。

  400多面控制屏柜,通過上萬根線纜連接起來,將新能源和四座換流站組合在一起,建立起反映電網(wǎng)真實特性的超大規(guī)模仿真系統(tǒng)。僅啟動一次,就要花費數(shù)小時。

  “這只是邁出了平臺構(gòu)建的第一步。”實驗室負責人厲璇介紹,“在資源條件有限的情況下,還要準確刻畫復雜系統(tǒng)的快速變化特性,這是更加關(guān)鍵的一步。”

  幾十個新能源場站,四端柔性直流電網(wǎng),包含了數(shù)十萬個元件,上萬根光纖,對系統(tǒng)的實時運算能力提出了嚴峻挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)實時運算,如此龐大的系統(tǒng)在每個毫秒都要進行幾十億次仿真計算,這儼然是一個超級計算系統(tǒng),超算能力對系統(tǒng)配置提出了不可能達到的要求。

  為了實現(xiàn)實時運算目標,必須另辟蹊徑?!皩⑾到y(tǒng)和元件進行有效簡化后,我們所提出的多項等值技術(shù)將仿真速度提升了近60%,完全達到工程精度。”厲璇說。在對模型進行逐步等值的過程中,科研人員們經(jīng)歷了種種坎坷和失敗,一個錯誤的脈沖信號,一個程序的細微漏洞,一個設置不合理的參數(shù),都容易導致系統(tǒng)報錯或失穩(wěn)奔潰。

  一遍又一遍的檢查設備,一次又一次的核對接線是團隊每天的日常工作,一條通道調(diào)試不通就從頭再來。

  團隊齊心協(xié)力,終于建立起世界首個大規(guī)模新能源柔直并網(wǎng)硬件在環(huán)實時仿真試驗系統(tǒng)。

  跨越千里,電力天路從規(guī)劃變成現(xiàn)實

  青海是我國清潔能源最豐富的省份之一,新能源發(fā)電量已經(jīng)超過青海省全省用電負荷,亟須將大量富余的清潔電力送到上千公里之外的中東部負荷中心,變資源優(yōu)勢為經(jīng)濟優(yōu)勢。

  特高壓直流技術(shù)成熟、成本較低,在大容量遠距離電能輸送方面具有獨特優(yōu)勢。因此,青海的新能源必須通過特高壓直流技術(shù)進行遠距離大規(guī)模消納。然而,傳統(tǒng)特高壓直流猶如高速列車,運載量大、一站直達,而始發(fā)站的太陽能、風能等清潔能源就像自由出行的游客,何時出行、多少人出行均具有隨機性。因此,對傳統(tǒng)特高壓技術(shù)升級改造才能更好實現(xiàn)對新能源的高效送出。

  “能否將匯集新能源的系統(tǒng)電壓控制穩(wěn)定是工程設計的關(guān)鍵點?!表椖控撠熑吮R亞軍向記者介紹。多年來,國網(wǎng)經(jīng)研院直流技術(shù)攻關(guān)團隊提出的“升級版”特高壓技術(shù),涵蓋了多項穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的獨門絕技,這些措施在專門輸送新能源的青?!幽希ㄇ嘣ィ?00千伏特高壓直流工程中得到成功應用,實現(xiàn)了成果轉(zhuǎn)化,極大提升了特高壓直流對新能源送出的適應性。

  換流站連接著縱橫千里的直流輸電線路,仿佛人體的心臟,是直流輸電工程最重要的能源轉(zhuǎn)換樞紐,交流和直流的變換就在這里完成。青海換流站海拔達2900米,是世界上海拔最高的特高壓換流站,空氣稀薄,設備也會缺氧,耐受高電壓的能力大幅下降。

  “我們對直流系統(tǒng)的過電壓水平進行了上百次迭代仿真校核,優(yōu)化了高海拔下均壓電極設計,有效縮短了設備間的空氣間隙,確保設備運行萬無一失,根本上消除了設備的高原反應,保證了高原換流站的運行性能與平原保持一致?!北R亞軍說。

  考驗接踵而來。

  由于風光能源不穩(wěn)定,功率波動大,電網(wǎng)對變壓器的電壓調(diào)節(jié)能力要求較以往工程更高。分接開關(guān)是變壓器執(zhí)行電壓調(diào)節(jié)功能的最核心裝備,其設計一直是制約國產(chǎn)化的“卡脖子”技術(shù)難題。如何提高分接開關(guān)的運行可靠性,是擺在團隊面前必須解決的一道難題。

  科研團隊深入研究了各種技術(shù)措施可能性,提出了幾十種技術(shù)方案,推導了上百頁分析算稿,經(jīng)過反復研究論證仿真,確定了通過有效降低分接開關(guān)動作次數(shù)提高系統(tǒng)可靠性的技術(shù)方案,最終實現(xiàn)分接開關(guān)動作次數(shù)減少90%,顯著提高了設備使用壽命,保障了工程的順利投運和安全運行。同時,研究成果也在所有已投運的特高壓工程中推廣應用。

  2020年12月30日,青豫工程正式投入商業(yè)運行,來自青藏高原的可再生能源跨越千里,點亮中原。

  “電力天路在我們手里從規(guī)劃變成現(xiàn)實,成為造福人民的幸福之路、光明之路和清潔之路。”樂波說。

 ?。ㄔd3月18日《光明日報》1版)

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