隨著新能源的快速發(fā)展,冀北清潔能源基地已形成大規(guī)模新能源開發(fā)與遠距離匯集外送的格局。然而,由于缺乏常規(guī)支撐電源,系統(tǒng)面臨短路電流支撐不足、暫態(tài)工頻過電壓、短時及長時電壓穩(wěn)定等問題,嚴重制約了新能源送出能力?,F(xiàn)階段,提升新能源場站的電壓支撐能力需求最為迫切,亟需構建電壓源型新能源場站,建立全過程電壓支撐體系,確保系統(tǒng)具備足夠的電壓支撐強度,從而有效提升大規(guī)模新能源交流匯集外送能力。
目前,冀北清潔能源基地新能源總裝機已突破8000萬千瓦,新能源裝機占比超 75.8% ,居全國首位。已率先進入破解大規(guī)模高比例新能源安全穩(wěn)定送出問題的“無人區(qū)”。
然而,新能源機組短路容量支撐能力較弱,導致配套交流通道實際送出能力遠低于設備額定設計能力,送出瓶頸問題突出。為突破這一限制,亟需構建具備電壓源特性的新型新能源場站,為系統(tǒng)提供全頻段、全過程的電壓支撐。國家電網公司新型電力系統(tǒng)行動方案明確要求在張家口可再生能源示范區(qū)探索“新能源 + 調相機”發(fā)展模式,為冀北公司構建電壓源型新能源場站的技術路線提供了實踐基礎。
構建電壓源型新能源場站,需要在理論基礎、控制技術、設備研發(fā)與選型等方面解決一系列問題。一是電壓源型新能源場站支撐能力需求不明確,缺乏量化評估方法;二是電壓源型新能源場站在提升系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的同時,是否會引入新的穩(wěn)定風險,失穩(wěn)機理尚不明確、穩(wěn)定控制措施缺失;三是如何充分發(fā)揮新能源場站內分布式同步調相機的電壓源作用,解決場站內電壓源型與電流源型設備的協(xié)調控制難題,是實現(xiàn)全過程電壓支撐能力的關鍵;四是如何利用靜止調相機、電壓源型SVG、構網型儲能等新技術新設備,完善構建電壓源型新能源場站技術路徑。
新型電力系統(tǒng)網源協(xié)調技術攻關團隊聚焦新技術、新業(yè)態(tài),打造面向新型電力系統(tǒng)的網源協(xié)調技術體系。團隊突破了構建電壓源型新能源場站基礎理論、關鍵技術、控制裝備研制和系統(tǒng)運行等難題,取得了一系列重要進展。
創(chuàng)新構建電壓源型新能源場站理論。解析暫態(tài)過電壓與短路比指標的量化關系,提出新能源場站全頻段電壓支撐強度量化指標,分析了電壓源支撐設備功角失穩(wěn)機理及影響因素,為分布式調相機、靜止調相機等裝備的研制和工程應用奠定了理論基礎。
發(fā)明了構建電壓源型新能源場站提升交流匯集送出能力關鍵技術。提出滿足暫態(tài)過電壓和短路比約束的短路容量需求評估方法、暫態(tài)功角穩(wěn)定機組附加控制技術、具有全頻段電壓源特性的新能源場站電壓協(xié)調控制策略,提升了電壓源型新能源場站穩(wěn)定運行能力。
研制了分布式調相機接入新能源場站的成套軟件和裝備,包括分布式調相機優(yōu)化配置分析軟件、新型暫態(tài)穩(wěn)定勵磁控制器、支撐多類型無功源接入的新能源場站AVC裝置,為基于分布式調相機構建電壓支撐型新能源場站提供了解決方案。
建立了含分布式調相機新能源場站的協(xié)調運行控制系統(tǒng)。提出考慮在線短路比和暫態(tài)過電壓約束的交流匯集系統(tǒng)運行優(yōu)化技術,開發(fā)了考慮分布式調相機多點、分散接入的新能源匯集區(qū)域協(xié)同調控系統(tǒng),實現(xiàn)了基于調相機實時運行狀態(tài)的場站出力精細化控制。
構建電壓源型新能源場站可以解決新能源多場站短路比、暫態(tài)過電壓對新能源外送能力的制約問題,對探索新型電力系統(tǒng)電源構建方案具有推動作用。研制分布式同步調相機、靜止調相機、電壓源型SVG、構網型新能源/儲能等新設備,可推動相關設備制造產業(yè)升級。推廣“新能源 + 調相機”的可持續(xù)源端范式,建立“誰投資、誰受益”的經濟安全運行機制,可為構建基于調相機的電壓源型新能源場站提供可持續(xù)發(fā)展運營環(huán)境,亦為其他技術途徑構建電壓源型新能源場站提供可借鑒的實踐樣板。相關成果可直接應用于“沙戈荒”新能源基地送出系統(tǒng)建設?!?/p>