隨著新能源的迅速發(fā)展和并網(wǎng)比例的不斷提高，國家電網(wǎng)有限公司持續(xù)開展相關技術創(chuàng)新，提升電網(wǎng)高比例接入新能源時的安全穩(wěn)定運行水平。日前，國網(wǎng)青海省電力公司新能源電力系統(tǒng)協(xié)同自律調(diào)控關鍵技術及應用項目獲得2018年青海省科學技術進步一等獎。這是我國新能源電力系統(tǒng)調(diào)控理論和關鍵技術研究取得的又一重大突破，也是公司推動清潔能源可持續(xù)發(fā)展和能源轉(zhuǎn)型的有益實踐。

能源大視野

“經(jīng)測試，被測逆變器響應時間和控制精度符合測試標準，可以進行其他單元程序升級?！?月15日，青海省光伏發(fā)電并網(wǎng)技術重點實驗室試驗人員楊立濱在協(xié)合德令哈光伏電站對逆變器和功率控制系統(tǒng)升級改造，改造后電站主動支撐能力提升，將顯著提升該站運行效率和經(jīng)濟效益。這是國網(wǎng)青海省電力公司新能源電力系統(tǒng)協(xié)同自律調(diào)控關鍵技術及應用項目研究的一項成果。

依托富集的風光水資源優(yōu)勢，近年來，青海新能源迅猛發(fā)展。截至2018年年底，青海并網(wǎng)新能源裝機達到1228.9萬千瓦，占全省電網(wǎng)總裝機的43.9%，新能源年發(fā)電量達到168.57億千瓦時。隨著風力、光伏發(fā)電大規(guī)模集中并網(wǎng)，新能源電源在電力系統(tǒng)中的占比持續(xù)增加，給電源側(cè)發(fā)電控制和電網(wǎng)側(cè)調(diào)度控制帶來壓力和挑戰(zhàn)。

為攻克清潔能源高比例電網(wǎng)的高效智能調(diào)控技術難題，2010年以來，國網(wǎng)青海電力聯(lián)合清華大學、青海大學、國家電投集團、黃河水電、北京科東開展新能源電力系統(tǒng)協(xié)同自律調(diào)控關鍵技術及應用項目研究。經(jīng)過8年研究應用推廣，近日，該項目獲得2018年青海省科學技術進步一等獎，項目成果經(jīng)鑒定整體達到國際領先水平。

主動支撐 實現(xiàn)網(wǎng)源友好互動

新能源具有隨機性、波動性強的特性，如何讓電源側(cè)出力更穩(wěn)定、調(diào)度控制更具前瞻性、源網(wǎng)協(xié)同互動更具互動性，成為實現(xiàn)新能源發(fā)電高比例消納亟待解決的問題，也是國內(nèi)外清潔能源研究領域面對的共同難題?！疤魬?zhàn)在于通過進一步優(yōu)化控制策略，讓電源側(cè)出力更穩(wěn)定、協(xié)調(diào)性更強，具備廣域控制和主動支撐的能力。這樣的研究幾乎沒有可借鑒的經(jīng)驗，我們當時只能‘摸著石頭過河’。”青海電科院副院長張海寧介紹。

2011年起，國網(wǎng)青海電力研究團隊針對光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)及發(fā)電設備自動化監(jiān)控功能，實施場站軟硬件設備全面改造，建成了技術領先的光伏發(fā)電控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了電站在線監(jiān)控，在全省集中式并網(wǎng)光伏電站100%覆蓋。

為進一步提升新能源電站快速響應能力，2013年，國網(wǎng)青海電力牽頭申報了“風、光、水、氣多種能源發(fā)電聯(lián)合運行控制關鍵技術及示范”國家科技支撐及多個省部級科技項目，組建了“產(chǎn)學研用”一體化科技攻關團隊，改造升級光伏發(fā)電控制系統(tǒng)，建成光伏電站有功及無功功率控制系統(tǒng)。

2016年，在原有系統(tǒng)基礎上，針對風電和光伏電站主動支撐能力不足問題，攻關團隊進一步應用虛擬同步技術，建立系統(tǒng)控制策略和技術模型，采用光伏+儲能模式組成虛擬同步單元，用于平抑光伏出力波動。

“為了驗證控制策略和模型，我們在格爾木50兆瓦光伏電站增加了18兆瓦時儲能環(huán)節(jié)，經(jīng)測試，虛擬同步技術的引入使光伏和風機具備了類似水電的穩(wěn)定支撐能力?！鼻嗪Ｇ鍧嵞茉窗l(fā)展研究院副主任李春來介紹。

應用虛擬同步技術對光伏電站實施改造后，電站功率響應等核心指標達到國內(nèi)先進水平。據(jù)中廣核太陽能共和有限公司技術經(jīng)理楊振武介紹，改造后平均每年光伏發(fā)電量提升3%以上，相當于多產(chǎn)生100多萬元的經(jīng)濟效益。

優(yōu)化調(diào)控 最大化消納新能源

“十三五”以來，青海光伏發(fā)電以平均每年160萬千瓦的速度有序增長。大規(guī)模風光發(fā)電機組并網(wǎng)對傳統(tǒng)調(diào)度控制系統(tǒng)智能調(diào)度和靈活控制帶來的挑戰(zhàn)日益凸顯，電網(wǎng)對風光新能源電量的消納接納能力受限。

“要提高電網(wǎng)新能源消納能力，核心就是采用更智能的決策方法和調(diào)控技術，減少新能源發(fā)電的不確定性因素，達到發(fā)電企業(yè)和電網(wǎng)企業(yè)利益最優(yōu)，實現(xiàn)清潔能源最大化消納?！鼻嗪ｋ娍圃弘娋W(wǎng)技術中心主任宋銳介紹。

2014年，國網(wǎng)青海電力成立青海省光伏發(fā)電并網(wǎng)技術重點實驗室，全面主攻并網(wǎng)技術存在的瓶頸。期間，科研團隊反復召開專題會研究論證，強化與電力調(diào)度控制中心縱向協(xié)同，對青海100余座新能源電站開展并網(wǎng)測試和數(shù)據(jù)調(diào)研，查閱近500萬字的國內(nèi)外文獻資料，為下一步應用奠定了理論和技術基礎。

2016年，項目團隊首次將博弈理論應用到電力工程領域，將“人-人合作競爭格局”轉(zhuǎn)化為“人-自然合作競爭格局”，將清潔能源消納難題轉(zhuǎn)化為傳統(tǒng)數(shù)學規(guī)劃求解，通過Nash均衡原理保證了發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)等參與方效益最優(yōu)，為智能調(diào)控提供了決策參考的理論依據(jù)，并創(chuàng)立基于工程博弈論的電力系統(tǒng)優(yōu)化決策方法體系。

與此同時，在調(diào)控技術層面，研究團隊引入以魯棒優(yōu)化調(diào)度模型為基礎的決策方法，提升了新能源輸送通道的最大消納量。優(yōu)化機組組合、實時調(diào)度策略，以5分鐘為周期在線修正機組出力方案，預測精度不斷提高，不確定性逐漸降低，棄風棄光顯著減少，同時保證了電網(wǎng)消納安全性，合理平衡了經(jīng)濟性和環(huán)保性。

研究突破促進了技術應用，2016年科研團隊建成了光伏發(fā)電魯棒調(diào)度與柔性控制一體化調(diào)控平臺，同步推動具有自主知識產(chǎn)權的系列新能源發(fā)電核心技術裝備和產(chǎn)品制造。平臺投入運行后，電源側(cè)執(zhí)行響應速度從5秒提高至2秒，同時增強了電網(wǎng)適應性和抗干擾能力，實現(xiàn)了青海大規(guī)模新能源最大化消納，支撐了源網(wǎng)協(xié)同友好互動運行。

產(chǎn)業(yè)化應用 各方面效益顯著

2018年6月20日至28日，青海實現(xiàn)連續(xù)9天216小時全部使用清潔能源供電。期間，新能源電力系統(tǒng)協(xié)同自律調(diào)控技術作為關鍵技術之一得到了有效驗證。該技術通過快速判斷電網(wǎng)運行狀態(tài)并給出優(yōu)化調(diào)度方案，有力確保了“綠電9日”期間水、風、光多能互補和源網(wǎng)荷互動。

經(jīng)過多年創(chuàng)新研究，目前，項目獲得發(fā)明專利25項，已授權15項，授權軟件著作權7項；編制地方標準1項、企業(yè)標準1項；發(fā)表論文64篇，其中SCI期刊收錄27篇；出版學術專著2部。相關成果獲“中國百篇最具影響優(yōu)秀國內(nèi)學術論文”獎勵，多位項目完成人入選“青海省高端創(chuàng)新人才千人計劃杰出人才”“青海省高端創(chuàng)新人才千人計劃拔尖人才”“青海省自然科學與工程技術學科帶頭人”等名單。

同時，項目成果已轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品進入產(chǎn)業(yè)化推廣，在青海省150余座新能源電站得到廣泛應用。這些電站裝機容量超過540萬千瓦，近三年消納新能源發(fā)電約300億千瓦時，新增產(chǎn)值約3.5億元。此外，項目成果還在寧夏、新疆、山西等多個省區(qū)推廣應用。近年來，青海地區(qū)光伏消納率不斷提升，持續(xù)保持國內(nèi)領先，取得了良好的社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益，推動了青海地區(qū)清潔能源的高效消納和生態(tài)保護。

未來，為支撐青海清潔能源示范省建設深入推進，以風光水熱儲為主的清潔能源電源格局將逐步形成。針對多場景、多主體的產(chǎn)業(yè)利益訴求，國網(wǎng)青海電力將落實公司“三型兩網(wǎng)、世界一流”戰(zhàn)略目標，持續(xù)深化項目研究，進一步推動成果在更大范圍推廣應用，提升電網(wǎng)資源優(yōu)化配置能力和多能源互補協(xié)調(diào)運行水平，將單一的“源隨荷動”模式轉(zhuǎn)化為源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動模式，為推動國家清潔能源示范省建設開展有益實踐，提供堅強支撐。