3月初，國網(wǎng)冀北電科院牽頭完成的“大規(guī)模風(fēng)電匯集電網(wǎng)三相不平衡和諧波分析與治理關(guān)鍵技術(shù)”成果順利通過中電聯(lián)組織的視頻鑒定會(huì)。專家一致認(rèn)為，項(xiàng)目研究成果整體達(dá)到國際先進(jìn)水平。據(jù)悉，這將有助于解決大規(guī)模風(fēng)電匯集電網(wǎng)的電壓不平衡和諧波問題，助力新能源并網(wǎng)消納。
大規(guī)模開發(fā)、遠(yuǎn)距離輸送
電壓不平衡問題突出
以風(fēng)電、光伏為代表的新能源，歷經(jīng)十年跨越發(fā)展，迅速完成了從補(bǔ)充性能源到替代能源的轉(zhuǎn)變?！案弑壤?、強(qiáng)隨機(jī)、小容量的新能源機(jī)組集中接入弱電網(wǎng)，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了巨大挑戰(zhàn)?！眹W(wǎng)冀北電科院智能電網(wǎng)與新能源研究所高級工程師陳璨認(rèn)為，“三北”地區(qū)是全國風(fēng)光資源富集地區(qū)，“三華”是負(fù)荷集中地區(qū)，冀北電網(wǎng)地處華北電網(wǎng)核心，風(fēng)電運(yùn)行具有典型性。
“截至2019年12月，冀北電網(wǎng)并網(wǎng)容量已達(dá)1409萬千瓦，占比居各省級電網(wǎng)之首，由于風(fēng)電普遍采用‘大規(guī)模集中式開發(fā)，高電壓遠(yuǎn)距離輸送’的開發(fā)模式，電壓不平衡問題較為突出。”陳璨表示，近年來隨著風(fēng)電和電氣化鐵路的快速發(fā)展，出現(xiàn)了電鐵牽引站和新能源匯集站同站或近站接入的情況，電鐵負(fù)荷的接入惡化了大規(guī)模風(fēng)電匯集電網(wǎng)的電壓不平衡和諧波等電能質(zhì)量指標(biāo)。
以冀北電網(wǎng)為例，冀北電網(wǎng)風(fēng)電主要匯集的張家口、承德地區(qū)同時(shí)是大秦鐵路、張?zhí)畦F路、京張高鐵等電氣化鐵路穿越區(qū)域，張家口沽源地區(qū)電壓不平衡度常年高達(dá)3%，超過了國標(biāo)中關(guān)于電網(wǎng)電壓不平衡度長時(shí)間不超過2%的規(guī)定，部分風(fēng)電場頻繁發(fā)生風(fēng)電機(jī)組因電壓不平衡造成的變流器故障而脫網(wǎng)。
產(chǎn)學(xué)研攻關(guān)、綜合治理措施
保障風(fēng)電匯集電網(wǎng)安全運(yùn)行
“開展大規(guī)模風(fēng)電匯集電網(wǎng)三相不平衡和諧波分析及治理技術(shù)研究，闡明現(xiàn)象機(jī)理并探索可行的解決方案，是提升電網(wǎng)電壓品質(zhì)和新能源運(yùn)行水平的重要手段?！?陳璨表示，目前新能源匯集電網(wǎng)面臨的三相不平衡及諧波的表征形式、產(chǎn)生機(jī)理及誘因與傳統(tǒng)電網(wǎng)差別較大，相關(guān)成熟技術(shù)不完全適用。
據(jù)悉，為了解決大規(guī)模風(fēng)電匯集電網(wǎng)的電壓不平衡和諧波問題，國網(wǎng)冀北電科院組建了產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合北京交通大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、華北電力大學(xué)、新疆金風(fēng)科技股份有限公司、國電南瑞科技股份有限公司、國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院和國網(wǎng)冀北電力有限公司承德供電公司進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，深入研究了大規(guī)模風(fēng)電匯集電網(wǎng)三相電壓不平衡機(jī)理，分析了電鐵負(fù)荷接入后與大規(guī)模風(fēng)電匯集電網(wǎng)的交互影響，從風(fēng)電機(jī)組、電鐵牽引站、電網(wǎng)三方面提出了電壓不平衡與諧波的綜合治理措施，有效保障了復(fù)雜電能質(zhì)量環(huán)境下風(fēng)電匯集電網(wǎng)的安全運(yùn)行。
全國范圍推廣、經(jīng)濟(jì)效益顯著
優(yōu)化電鐵牽引站選址
據(jù)悉，該項(xiàng)目成果已應(yīng)用于冀北電網(wǎng)和山東電網(wǎng)，完成了64座風(fēng)電場電能質(zhì)量評估和5座風(fēng)電場的電壓不平衡和諧波治理，研發(fā)的風(fēng)電機(jī)組變流器綜合控制技術(shù)已經(jīng)通過金風(fēng)、南瑞等國內(nèi)主流風(fēng)機(jī)和變流器廠家向全國范圍內(nèi)推廣，累計(jì)新增銷售額9850.42萬元，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著。
“通過闡明風(fēng)電匯集地區(qū)電壓不平衡的機(jī)理，解決了長期困擾張家口、承德電網(wǎng)運(yùn)行人員電壓不平衡機(jī)理不清的難題，提高了電網(wǎng)安全運(yùn)行水平?！?陳璨向記者介紹道，目前，所提出的基于動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置分相調(diào)節(jié)和三相無功潮流優(yōu)化的系統(tǒng)級電壓不平衡控制策略應(yīng)用于承德木蘭風(fēng)電匯集系統(tǒng)，大風(fēng)工況下木蘭站電壓不平衡度由2.44%降為0.4%以下。
資料顯示，項(xiàng)目形成了風(fēng)電匯集電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合提升的技術(shù)方案，于2018年初應(yīng)用于張家口察北地區(qū)和承德木蘭地區(qū)的電壓不平衡及諧波治理。察北站下風(fēng)電場裝機(jī)容量為898MW，木蘭站匯集風(fēng)電1349MW，根據(jù)原來的脫網(wǎng)規(guī)律，按照每年脫網(wǎng)約5次，每次停電24小時(shí)計(jì)算，2018年-2019年兩年通過減少脫網(wǎng)而增發(fā)的電量約1.2億千瓦時(shí)，可降低二氧化碳減排放30萬噸。
此外，該項(xiàng)目還完成了大秦、張?zhí)齐婅F穿越區(qū)域4座牽引站、3座變電站、1座風(fēng)電場共計(jì)15次電能質(zhì)量實(shí)測，累計(jì)測試時(shí)長580小時(shí)。研制的三相對稱電力電子牽引站拓?fù)湟淹瓿?5kVA容量樣機(jī)試驗(yàn)，給出了電鐵牽引站與新能源場站臨界電氣距離量的定量計(jì)算方法，可用于指導(dǎo)電鐵牽引站選址優(yōu)化。
