一排排風(fēng)力發(fā)電機如同即將遠(yuǎn)征的士兵，列隊在波濤萬頃的黃海之上，將“桀驁不馴”的海風(fēng)，轉(zhuǎn)化為清潔綠色的電能，源源不斷地送往華東平原。在江蘇如東，有成片的海上風(fēng)電場。如東海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)工程正在建設(shè)。該工程預(yù)計今年年底投運，年上網(wǎng)電量24億千瓦時，相當(dāng)于99萬戶家庭一年的用電量。
海上風(fēng)電作為我國清潔能源的重要發(fā)展方向之一，近年來在江蘇迅猛發(fā)展。目前，江蘇沿海風(fēng)電裝機總量已超過1200萬千瓦。
國網(wǎng)江蘇省電力有限公司于2020年9月成立了海上風(fēng)電調(diào)試柔性攻關(guān)團隊，依托國家風(fēng)電技術(shù)與檢測研究中心江蘇分中心、國家電網(wǎng)有限公司海上風(fēng)電并網(wǎng)聯(lián)合實驗室和江蘇省海上風(fēng)電設(shè)計制造與友好并網(wǎng)工程研究中心，推進(jìn)電網(wǎng)仿真分析、設(shè)備質(zhì)量檢測和控制系統(tǒng)調(diào)試等工作，開展海上風(fēng)電并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，助力海上風(fēng)電安全并網(wǎng)與高效消納。
開展電網(wǎng)系統(tǒng)運算分析
與陸上新能源電源相比，海上風(fēng)電具有發(fā)電利用小時長、可被大規(guī)模開發(fā)且不占據(jù)城鎮(zhèn)用地等諸多優(yōu)勢。但傳統(tǒng)的海上風(fēng)電交流、直流并網(wǎng)方式，面臨交流海纜充電功率大、海上平臺建設(shè)困難等難題。大規(guī)模海上風(fēng)電并網(wǎng)后，自身出力的強波動性和弱調(diào)節(jié)性將削弱整個電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力。
江蘇電力科學(xué)研究院研究團隊從海上風(fēng)電安全并網(wǎng)和主動支撐技術(shù)入手，重點突破深遠(yuǎn)海風(fēng)電分頻輸電、風(fēng)機慣量評估與一次調(diào)頻能力提升等技術(shù)，創(chuàng)新提出了海上風(fēng)電并網(wǎng)解決方案。
從2020年5月開始，江蘇電科院依托大規(guī)模海上風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)多時間尺度建模仿真能力，推進(jìn)如東海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)工程建模和仿真分析。該院先后完成了海上風(fēng)電消納、柔直工程調(diào)試期間運行特性、海上風(fēng)電柔直系統(tǒng)故障穿越等重點專項研究。
“后續(xù)，我們還將進(jìn)一步強化大規(guī)模新能源接入對電網(wǎng)安全運行影響研究，深化江蘇新能源實測建模工作，加快推進(jìn)新能源快速功率控制等主動支撐技術(shù)攻關(guān)、裝備研發(fā)和示范應(yīng)用。”江蘇電科院系統(tǒng)及新能源技術(shù)中心副主任李強說。
為主要電氣設(shè)備做“入職體檢”
如果說電網(wǎng)仿真分析是確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，那么一次設(shè)備質(zhì)量檢測評價則是電網(wǎng)安全運行的根本保障。
6月23日，如東海上風(fēng)電柔直工程500千伏變電站用變壓器絕緣油試驗檢測工作結(jié)束，該工程陸上站內(nèi)主要電氣設(shè)備特殊性試驗基本完成。這些試驗項目保障了電氣設(shè)備的質(zhì)量。
“不同于普通變電站一次設(shè)備的竣工試驗，這座變電站的進(jìn)站電纜線路長達(dá)108千米。此外，變電站地處沿海，室內(nèi)電氣設(shè)備排列比較緊湊，試驗時空氣含水量、含鹽量較高且灰塵較多。這些都給現(xiàn)場的試驗工作帶來了挑戰(zhàn)。”江蘇電科院專家陳杰說。
研究團隊充分調(diào)研海上風(fēng)電輸變電工程中的電氣設(shè)備情況，聯(lián)合國內(nèi)院校和研究機構(gòu)，深入分析研究高壓直流海纜、穿墻套管等重要電氣設(shè)備的現(xiàn)場試驗方法，研制了一體式高壓直流海底電纜耐壓試驗裝備。
研究團隊還為如東海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)工程“量身訂制”了一套試驗方案，高質(zhì)量完成了陸上換流站變壓器、組合開關(guān)、穿墻套管等核心電氣設(shè)備的“入職體檢”。
目前，江蘇電科院累計完成如東海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)工程中的500千伏氣體絕緣全封閉組合電器、聯(lián)結(jié)變壓器、站用變壓器及控保系統(tǒng)等工廠內(nèi)試驗監(jiān)督1000余項，聯(lián)結(jié)變壓器、套管等現(xiàn)場交接試驗監(jiān)督13項以及特殊性試驗21項，在實踐中充分驗證了試驗方案的安全性與有效性。
研究海上風(fēng)電柔直系統(tǒng)調(diào)試方法
6月25日，系統(tǒng)調(diào)試隊伍進(jìn)入如東海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)工程陸上換流站現(xiàn)場。隨著監(jiān)控室一聲令下，陸上換流站不帶電順控試驗開始，如東海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)工程不聯(lián)網(wǎng)的預(yù)調(diào)試試驗正式啟動。工程接入電網(wǎng)前，通過預(yù)調(diào)試提前發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)缺陷并盡早消缺，可提高工程調(diào)試的質(zhì)量、效率。
系統(tǒng)調(diào)試作為工程建設(shè)階段的最后一步，目的是檢驗整個系統(tǒng)的功能和性能。海上風(fēng)電柔直送出系統(tǒng)運行環(huán)境復(fù)雜，國內(nèi)工程應(yīng)用起步較晚，系統(tǒng)調(diào)試工作經(jīng)驗積累不足，缺乏可供參考的針對性標(biāo)準(zhǔn)。
2020年2月，江蘇電科院開始組織技術(shù)攻關(guān)。研究團隊搭建了包含完整的一次設(shè)備與二次控制保護(hù)系統(tǒng)的電磁暫態(tài)實時仿真模型，深入研究系統(tǒng)特性。
“如東海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)工程的系統(tǒng)調(diào)試工作將于今年四季度展開。我們基于之前的研究，創(chuàng)新提出了多個針對換流閥、直流耗能裝置的現(xiàn)場試驗方法，保證了調(diào)試方案的完整性。”江蘇電科院繼保自動化通信技術(shù)中心副主任李鵬說。
截至目前，江蘇電科院先后承擔(dān)了863項目“高滲透率間歇性能源的區(qū)域電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究和示范”、國家自然科學(xué)基金項目“多直流饋入受端電網(wǎng)主變壓器充電對直流輸電及受端電網(wǎng)運行影響研究”、中英國家自然基金項目“環(huán)境交互下的海上風(fēng)電系統(tǒng)：多物理場模型與大數(shù)據(jù)研究”等省部級及以上項目12項，完成一體式百千米級高壓直流海底電纜耐壓試驗裝備、±4兆乏移動式靜止無功發(fā)生器性能檢測裝置開發(fā)研制等多項工作，不斷提升江蘇沿海風(fēng)電工程項目并網(wǎng)調(diào)試及電網(wǎng)分析技術(shù)水平。
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