“十四五”電網安全運行面臨多項新挑戰

發布時間: 2019-12-11   來源:中國能源報  作者:本站編輯

  近日,以“能源轉型:'十四五'電力發展之路”為主題的能源轉型發展論壇暨國網能源研究院2019年成果發布會透露,“十四五”期間,電源側,清潔能源裝機快速增長,清潔能源機組涉網性能較差,電力系統靈活調節電源不足;電網側,特高壓“強直弱交”矛盾突出,電網抗擾動能力下降,系統穩定形態更加復雜;負荷側,冷熱電氣多種能源共存、分布式電源廣泛接入以及數字技術加速融合、電改深入推進等因素,都將使電網安全運行面臨新挑戰。對此,與會專家對加強網架研究、建設特高壓配套電源、加強電力系統調節能力等焦點問題提出了建議。

  國家電網公司總經理助理趙慶波進一步指出,應深化大電網特性研究,完善電網結構,構建大電網安全立體防御體系,持續提升傳統風險與非傳統風險的防御能力,有效防范大面積停電風險。

  交直流送受端強耦合特性復雜

  異步互聯后出現頻率穩定問題

  據了解,自2009年以來,國家電網供區已建成向家壩-上海、錦屏-蘇南、哈密南-鄭州、溪洛渡-浙西、寧東-浙江、酒泉-湖南、晉北-江蘇、錫盟-泰州、上海廟-山東、扎魯特-青州±800千伏和準東-皖南±1100千伏特高壓直流工程,以及其他跨省跨區直流輸電工程,使得國家電網形成七大直流群,分別是新疆河西直流群、寧夏直流群、四川直流群、山東直流群、安徽江蘇直流群、上海直流群、浙江直流群。其中,安徽江蘇直流群實際送電能力已接近3000萬千瓦。

  與特高壓直流快速發展相比,特高壓交流穩步推進,目前華東電網1000千伏特高壓環網已經形成,華北電網1000千伏特高壓輸電和多環網結構正在建設中,華中電網1000千伏特高壓電網正在開展前期工作,特高壓“強直弱交”問題凸顯。

  同時,南方電網供區建成云南-廣東、云南普洱-廣東江門、滇西北-廣東±800千伏特高壓直流工程以及其他跨省跨區交直流輸電工程,共“八交十直”18條西電東送輸電大通道。

  中國科學院院士周孝信指出:“隨著特高壓交直流電網建設和大規模新能源持續并網,我國電網格局與電源結構正發生重大變化,交直流送受端強耦合特性復雜給電網穩定性分析與控制帶來新挑戰。”如同送同受多回直流同時換相失敗將產生巨大的能量沖擊,易引發送端電網功角穩定問題和瞬間過電壓風險;受端地區饋入直流規模不斷加大,對系統電壓支撐能力要求高,大比例受電時存在電壓穩定問題。

  為解決特高壓“強直弱交”帶來的多回直流閉鎖后潮流轉移可能引發主網失穩的問題,今年7月,國家電網建設投運渝鄂直流背靠背聯網工程,使西南電網與華中電網實現異步運行,向家壩-上海、錦屏-蘇南、溪洛渡-浙西特高壓直流故障不再對渝鄂斷面、晉東南-南陽-荊門特高壓交流工程產生沖擊,西南網內水電送出通道輸電能力提升。但同時,異步運行后出現了頻率穩定問題,致使西南電網無法承受水電送出N-2故障切機,為避免棄水,被迫采取直流協控,并取消上述三大特高壓直流速升功能。

  電力電子化裝置占比增長

  需更新電網穩定分析方法

  同時,電力電子技術在發、輸、變、配、用等電力系統各環節大量應用,使得原本可控性較低的電網逐漸“柔性化”,推動電力系統進入靈活化、智能化、可控化時代。

  例如,靈活交流輸電技術(FACTS)可增強交流電網的調節和潮流優化能力,并提供緊急功率和電壓支撐;可控串補裝置(TCSC)串聯于交流輸電線路中,通過降低線路阻抗,提高輸送功率,增強系統暫態穩定性;統一潮流控制器(UPFC)能同時統一控制或有選擇地控制影響線路有功和無功潮流的所有參數,在負荷密度大、供電可靠性要求高、線路廊道資源緊張的地區具有很好的應用前景;柔性直流輸電則為電網靈活控制水平提升提供了一種有效的技術手段。

  截至目前,我國已在蘇州南部電網建設投運世界上電壓等級最高、容量最大的500千伏UPFC工程,在南京220千伏西環網建成UPFC工程;建成南匯、南澳島、舟山、廈門等柔性直流輸電工程,正在建設烏東德混合直流,并將建設白鶴灘級聯混合直流工程……

  不僅是電網,接入的新能源及其他發電機組也越來越多采用電力電子技術裝置。周孝信介紹:“常規機組大量被電力電子裝置替代導致系統整體慣量下降,近年來,在新能源占比較高地區發生了多起頻率穩定事故。”

  同時,電力電子技術額定電流、電壓等級、功率密度不斷增大,單位容量成本降低、體積減小、損耗降低,且不斷有新型電力電子器件、裝置開始出現并逐步成熟。“電力電子裝置在電力系統中所占比重日益增加,將使得電網穩定形態更加復雜,除動態電壓問題更加嚴重外,還會產生各種寬范圍頻率的振蕩問題,綜合控制難度更大,因此需更新電網穩定分析方法。”中國工程院院士、全球能源互聯網研究院院長湯廣福指出。

  可再生能源大規模并網

  與數字技術等融合發展

  除電網側特高壓“強直弱交”矛盾突出、電網抗擾動能力下降外,電源側可再生能源大規模并網,也對電網安全穩定運行帶來新挑戰。周孝信介紹,隨著可再生能源大規模并網,由于多種功率調節設備的共同作用,可能出現多電廠、多機組、多模態的振蕩問題,引發次同步-超同步-高頻帶的寬頻振蕩。

  趙慶波指出:“新能源發電大規模快速發展對系統調峰、實時平衡、協調控制提出了更高要求。'十四五'期間,如果儲能、需求側響應等新型靈活性資源無法實現大規模應用,隨著常規電源及電網中可用的技術手段逐步減少,新能源快速發展及消納可能遇到更大問題。”

  此外,湯廣福還表示:“在負荷側,冷熱電氣多種能源共存、分布式電源廣泛接入、電動汽車與電網雙向互動,都是現代電網面臨的新挑戰。”隨著國家電網加快部署建設泛在電力物聯網,以大數據、云計算、物聯網、人工智能、5G等為代表的數字技術越來越多應用到電力系統中,都將使能源供應格局、電力交易模式等發生重大變革。

  而且,隨著電改深入推進,“十四五”電力市場將不斷完善,基于市場化的電力供需平衡將不斷成熟,這都將對電網安全運行帶來新挑戰。

  持續完善電網特性研究

  提升電力系統整體效率

  對于“十四五”電網安全運行面臨的挑戰,周孝信建議,應充分發揮已建成跨區特高壓直流的輸電能力,建設已核準和已投產的特高壓直流配套電源,提高經濟效益;繼續研究完善華北、華東、南方、西南(川藏渝)、東北六大區域電網的輸電電壓等級和主網架結構,其中華中、西南(川藏渝)、南方應重點研究;開展華北-華中大區電網之間異步互聯探索研究;加強理論和實際研究,解決伴隨著電網發展出現的影響電力系統安全穩定運行的新現象問題。“'十四五'安排新的跨區輸電通道,送端配套電源、受端消納市場、配套電網與輸電通道應同步推進,要充分運用市場手段,確保已建、新建跨區跨省通道輸電效率維持在合理水平。”趙慶波也指出。

  對于電力系統越來越多應用電力電子技術、裝置的情況,湯廣福建議:“需精確模擬基于電力電子技術的復雜控制系統,提高仿真的精確性;需提升數模混合仿真的技術能力,提高多電力電子裝備的協調控制和系統調度能力。”此外,還應提高電力電子裝置的可靠性和經濟性。

  此外,對于新能源可持續發展、電力供需、系統調節能力建設等問題,趙慶波提出了具體建議:“按照新能源利用率不低于95%的目標,提出新能源合理開發規模和布局;著力提升電力系統整體效率,可按照95%最大負荷進行電力平衡,更加注重電量平衡;加強系統調節能力建設,推動源-網-荷-儲統一規劃,提高靈活調節電源比重,持續推動在建抽水蓄能電站按期投產,繼續實施火電靈活性改造,推動儲能技術進步;加快泛在電力物聯網在配售電側的建設與應用;推進智能電網和泛在電力物聯網融合發展及能源基礎設施互聯互通,促成全行業、全產業鏈共享發展機遇。”

      關鍵詞: 電網

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