“追風(fēng)逐日”的電研人
——國網(wǎng)冀北電科院新能源所實(shí)施新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)攻關(guān)側(cè)記

有這樣一支新能源科研團(tuán)隊(duì)，平均年齡僅32歲。

然而7年多來，他們榮獲中國電力行業(yè)技術(shù)獎、北京市科技獎、河北省科技獎和國家電網(wǎng)公司科技獎等省部級獎項(xiàng)20項(xiàng)，近兩年保持每年獲得3～6項(xiàng)省部級獎的成績。

他們是國網(wǎng)冀北電科院新能源所的年輕人。他們以智慧和奮斗擁抱新能源，用實(shí)干托起夢想。當(dāng)科研創(chuàng)新的進(jìn)度條被一次次刷新，他們也一次次標(biāo)注著“追風(fēng)逐日”的新高度！

風(fēng)電很“任性”，冀北智慧讓電網(wǎng)更聰明

“壩上一場風(fēng)，從春吹到冬?！蔽挥诩奖钡膹埣铱谑侨珖L(fēng)能、太陽能資源最豐富的地區(qū)之一，風(fēng)資源可開發(fā)量達(dá)4000萬千瓦以上，太陽能資源可開發(fā)量達(dá)3000萬千瓦以上。

當(dāng)今中國，是名副其實(shí)的新能源第一大國。然而，風(fēng)電和光伏很“任性”，對電網(wǎng)并不友好，要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模消納，電網(wǎng)還必須變得更聰明、更智能。為此，串補(bǔ)技術(shù)作為提高線路輸送能力和穩(wěn)定極限的手段得到廣泛應(yīng)用。然而，當(dāng)“大規(guī)模風(fēng)電”和“串補(bǔ)系統(tǒng)”相遇時(shí)，次同步諧振問題就出現(xiàn)了，導(dǎo)致風(fēng)電大規(guī)模脫網(wǎng)事故頻發(fā)。

2009年，美國德州發(fā)生類似次同步振蕩現(xiàn)象后，新能源所素有“電網(wǎng)安全大醫(yī)生”之稱的劉輝博士，敏銳地認(rèn)識到這將成為制約我國風(fēng)電發(fā)展的主要障礙。于是，他將焦點(diǎn)放在了冀北風(fēng)電集中接入地區(qū)——張家口沽源縣風(fēng)電場。

2012年，沽源風(fēng)電場先后數(shù)次發(fā)生機(jī)理不明的諧振，引發(fā)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)。劉輝帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)不懈攻關(guān)，終于探明了機(jī)理，指出該風(fēng)場次同步諧振是一種新型的風(fēng)電次同步振蕩，同時(shí)提出了對策。此舉確立了冀北電科院在研究風(fēng)電次同步振蕩方面的國際領(lǐng)先地位。

2013年，為發(fā)現(xiàn)歷次諧振的特征，新能源所的攻關(guān)團(tuán)隊(duì)分析了上百吉字節(jié)的事故數(shù)據(jù)。

接下來，通過調(diào)研走訪國內(nèi)先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，并查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)資料，他們決定購置適用于新能源仿真的RT-LAB先進(jìn)仿真設(shè)備，并搭建半實(shí)物仿真平臺，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)更貼近實(shí)際的仿真分析。搭建半實(shí)物仿真平臺的任務(wù)交給了參加工作不久的李蘊(yùn)紅。

實(shí)現(xiàn)半實(shí)物仿真，需要三步才能完成。為給后期研究爭取時(shí)間，課題負(fù)責(zé)人劉輝要求李蘊(yùn)紅在3個月內(nèi)完成平臺搭建，并通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)驗(yàn)證仿真模型的正確性。這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)?！皩τ谀贻p人來說，壓擔(dān)子是讓他們更好更快成長的捷徑?！眲⑤x說。

李蘊(yùn)紅全力投入，加班加點(diǎn)，仔細(xì)查閱、學(xué)習(xí)英文版設(shè)備和軟件說明書，積極向兄弟單位人員請教，在反復(fù)試錯中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。最后，他終于按時(shí)圓滿完成任務(wù)。

在正確仿真分析的基礎(chǔ)上，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)成功設(shè)計(jì)出治理次同步諧振的控制模型和方法，大幅降低了次同步諧振風(fēng)險(xiǎn)，對當(dāng)?shù)仫L(fēng)電外送、避免大規(guī)模脫網(wǎng)、保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。劉輝、李蘊(yùn)紅應(yīng)邀在IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會）電力專業(yè)的年度峰會——PES年會上作專題發(fā)言。該項(xiàng)目獲得2016年度“國家電網(wǎng)公司科學(xué)技術(shù)進(jìn)步”三等獎，2016年度“北京市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步”三等獎。該成果已經(jīng)應(yīng)用到吉林和新疆風(fēng)電次同步振蕩問題的研究和治理。

高低壓穿越，以磐石之力縛“蒼龍”

“十三五”期間，國網(wǎng)冀北電力將投資230億元打造“十大工程”。通過示范最先進(jìn)的電力生產(chǎn)、傳輸、存儲、使用和運(yùn)行控制技術(shù)，促進(jìn)重大技術(shù)成果和裝備應(yīng)用。

開展風(fēng)機(jī)低電壓穿越能力檢測，是該所面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。然而，在國際市場上購買低電壓穿越檢測裝置，一套設(shè)備需要2000多萬元，再考慮到產(chǎn)出的不確定性，大家決定干一件“心里沒底”的大事——自主研發(fā)低電壓穿越能力檢測裝置。

新能源所僅有的7個人，馬不停蹄研讀文獻(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)研設(shè)備廠家，奔赴風(fēng)電場了解情況，召開專家研討會。漸漸地，技術(shù)路線清晰起來。后來，他們又進(jìn)一步大膽提出研制一套移動式風(fēng)機(jī)高低壓穿越能力一體化測試裝置的構(gòu)想。一套裝置兩項(xiàng)檢測功能，兼具可移動特點(diǎn)。目標(biāo)已定，大家擼起袖子，要以堅(jiān)如磐石之力縛住“蒼龍”！

經(jīng)過一次次仿真驗(yàn)證和技術(shù)改進(jìn)、100多個故障點(diǎn)試驗(yàn)、四處尋找設(shè)備和兩個月的調(diào)試，并在試制出200千瓦小型樣機(jī)的基礎(chǔ)上，他們終于研制出3000千瓦大型樣機(jī)。至此，世界首套“移動式風(fēng)機(jī)高低壓穿越能力一體化測試系統(tǒng)”誕生。估算成本僅為國際市場價(jià)格的25%。

“移動式風(fēng)機(jī)高低壓穿越能力一體化測試系統(tǒng)”的成功研制，解決了風(fēng)機(jī)高電壓穿越關(guān)鍵技術(shù)難題，提高了我國風(fēng)電設(shè)備的核心競爭力，促進(jìn)了行業(yè)制造水平的整體進(jìn)步，對我國今后制定風(fēng)電場和風(fēng)機(jī)并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與測試標(biāo)準(zhǔn)具有推動意義，增加了我國在國際標(biāo)準(zhǔn)制定中的話語權(quán)，打破了國外技術(shù)壟斷，取得了測試裝置技術(shù)進(jìn)步和價(jià)格競爭優(yōu)勢。

柔性直流，為智能電網(wǎng)打造中國名片

張北柔性直流工程為匯集和輸送大規(guī)模風(fēng)電、光伏、儲能、抽蓄等多種形態(tài)能源的柔性直流電網(wǎng)，系統(tǒng)電壓為±500千伏，是世界上電壓等級最高、輸送容量最大的柔直工程，也是世界首個應(yīng)用柔直技術(shù)進(jìn)行陸地可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)的示范工程。

2018年年底前，國網(wǎng)冀北電力將在張北縣建成±500千伏“四端環(huán)形”柔性直流電網(wǎng)。冀北電科院新能源所的研究團(tuán)隊(duì)為該柔直電網(wǎng)建設(shè)提供有關(guān)技術(shù)支撐。

該工程建設(shè)并無先例可循。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人吳林林說：“必須有科學(xué)的技術(shù)路線和可行的任務(wù)分解。我們依照課題要求，詳細(xì)分解出14項(xiàng)工作內(nèi)容、16項(xiàng)預(yù)期目標(biāo)、8個工作節(jié)點(diǎn)，確保一步一個腳印，將堡壘逐個攻破?！?/p>

他們的課題研究要兼顧經(jīng)濟(jì)性和可靠性，提出的控制方案將在設(shè)備設(shè)計(jì)和制造中體現(xiàn)。因此，他們每一項(xiàng)新指標(biāo)的提出，都需要成百上千次仿真分析，需要對模型建立的準(zhǔn)確把握，更需要他們多年來對新能源、對大電網(wǎng)研究所積累的豐富經(jīng)驗(yàn)。

項(xiàng)目組新入職的一名博士頗有感觸：“單從仿真分析角度來講，有時(shí)會有4000多種工況，通過合理性分析可以挑選出200種典型工況，但我們團(tuán)隊(duì)中有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員，可以根據(jù)對當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)、新能源運(yùn)行特性的掌握，將仿真工況簡要總結(jié)出30多種，這需要深厚的功底?。　?/p>

為確保電網(wǎng)建成后安全穩(wěn)定運(yùn)行，新能源所致力于研究未來電網(wǎng)運(yùn)行特性和新能源優(yōu)化控制策略。這些先行之舉將為張北±500千伏“四端環(huán)形”柔性直流電網(wǎng)的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。