12月11日，在青海海南千萬千瓦級新能源基地，隨著一道弧光劃破天際，世界最大規模新能源分布式調相機群人工短路擾動試驗完成。試驗進一步驗證了電源側分布式調相機群對保障大直流、高比例新能源電網安全穩定運行的重要作用。近年來，國網青海省電力公司在電源側大規模分布式調相機技術創新方面開展了系列探索。

 

 

高占比新能源發電 考驗電網消納能力

 

寒冬時節，青海省海南藏族自治州共和縣的塔拉灘上晴空萬里，成片的光伏板熠熠生輝，風力發電機的巨大葉片迎風轉動……這個千萬千瓦級新能源基地正把豐富的太陽能和風能轉化為清潔電能。

 

青海省光伏資源理論可開發量達35億千瓦，風能可開發量超過0.75億千瓦，有10萬平方千米以上的荒漠化土地可用于光伏發電站和風電場建設……憑借得天獨厚的資源稟賦，青海省近年來大力推進清潔能源開發利用。截至11月30日，青海電網發電裝機達4070萬千瓦，其中新能源發電裝機2485萬千瓦，占比達61%。青海電網已經成為全國清潔能源、新能源發電裝機占比最高的省域電網。

 

為實現青海新能源電力大規模外送消納，2018年11月7日，起于海南州共和縣、連接青藏高原和中原大地的世界首個新能源遠距離輸送大通道——±800千伏青海—河南特高壓直流輸電工程開工建設。這個新能源大通道額定容量為800萬千瓦，年滿負荷輸送電量達400億千瓦時。

 

2019年3月份，國家能源局印發《關于青海省海南州特高壓外送基地電源配置規劃有關事項的復函》，明確2020年青豫直流配套可再生能源基地一期清潔能源配套方案——風電裝機200萬千瓦、光伏發電裝機300萬千瓦、水電裝機146萬千瓦，以滿足2020年青豫直流送電規模達400萬千瓦的要求。

 

青豫直流配套電源中，風電、光伏發電項目建設如期推進，其中，海南近區風電、光伏發電裝機共400萬千瓦，海西地區裝機共100萬千瓦。受客觀因素影響，水電項目建設滯后，難以按期建成投運。

 

國網青海電力調控中心系統運行處處長陳春萌表示：“總體來看，青豫直流工程首期落地的配套電源以光伏發電和風電等新能源發電為主，新能源裝機占比較高。”據他介紹，青豫特高壓直流工程近區常規電源裝機規模較小，新能源電源裝機規模大、占比高，電壓支撐能力相對薄弱，導致了較為嚴重的暫態過電壓問題。大直流、高比例新能源電力系統安全問題成為階段性制約青豫直流工程送出能力的主要因素。

 

解決系統暫態過電壓問題，需從電網側和新能源發電側兩頭發力。為此，國網青海電力在青豫直流工程的起點——±800千伏青南換流站配置了4臺30萬千乏調相機。調相機2020年建成投產后，換流站的暫態過電壓問題得以有效解決。

 

然而，新能源發電側是暫態過電壓的最高點。如何抑制暫態過電壓問題，此前并無經驗可借鑒，亟待突破創新。

 

創新研究分布式調相機

 

尋求技術突破

 

2019年，在國家電網有限公司的統籌指導下，國網西北分部、國網青海省電力公司、中國電力科學研究院有限公司、國網經濟技術研究院有限公司等單位深入研究、科學論證，提出了在海南地區昕陽、夏陽、旭明、珠玉4個新能源匯集站安裝21臺分布式調相機的解決方案，并進一步明確了分布式調相機的具體性能指標。這是世界上首次在新能源發電側探索大規模安裝分布式調相機的實踐，可以助力解決新能源高占比帶來的暫態過電壓問題，大幅提升新能源電力送出水平。

 

“此次安裝的分布式調相機是一種布置在新能源發電站內的高度集成化的小容量同步調相設備，具備優異的暫態穩態特性和無功調節能力，對維持電力系統電壓穩定起到重要作用，同時可提高系統短路容量和短路比，從而支撐新能源電力大規模外送，為大電網安全穩定運行保駕護航。”陳春萌說。

 

按照解決方案，新能源分布式調相機具有系統簡單、集成度高、調節性能好等優點，既能發揮系統動態無功儲備的作用，又能為新能源電站提供次暫態、暫態、穩態的全過程無功補償與電壓支撐，極大提升青豫特高壓直流通道的新能源電力輸送能力。

 

被譽為電網“穩壓器”的調相機在電網側早已大規模應用，而且技術成熟、產品豐富。然而國內外尚無調相機在新能源場站應用的先例。青海電網海南新能源發電基地的21臺分布式調相機由國家電網公司統一組織安裝，由國家電投黃河上游水電開發有限責任公司投資建設，由哈爾濱電氣集團有限公司、上海電氣集團股份有限公司、東方電氣集團東方電機有限公司研發制造。

 

哈爾濱電機廠有限責任公司副總經理李春廷介紹：“盡管大型調相機技術已相對成熟，但用于新能源發電側的分布式調相機從設計數據上看，在性能上較常規調相機需提升30%以上，而機組損耗需下降20%。”

 

三家研發制造企業抽調技術骨干組成專項攻關團隊，通過電磁設計的深度優化、結構設計的不斷創新和原材料的高標準選擇，經過多番設計迭代，最終打造出滿足要求、兼具性能和經濟性的新型分布式調相機。

 

今年5月份，在青海省能源局的支持下，青海電網21臺分布式調相機正式啟動安裝。國網青海電力積極與各方溝通協調，全方位推進調相機涉網驗收、涉網調試、啟動方案審定、并網試驗及運行管理等工作，有力保障了調相機群順利并網。

 

新能源分布式調相機群

 

助力緩解新能源消納壓力

 

9月2日12時，在青海海南千萬千瓦級新能源基地，隨著330千伏旭明變電站1號調相機投入試運行，世界首臺新能源分布式調相機正式落戶青海。11月8日，首批11臺新能源分布式調相機全部投入使用，世界首個新能源分布式調相機群形成，帶動海南地區新能源消納能力提升185萬千瓦。

 

“這是世界上首次在電源側大規模安裝分布式調相機，對于推動新能源大規模開發利用，構建清潔低碳、安全高效的能源體系具有重要的示范引領意義。”國家電力調度控制中心系統處專責張怡介紹，與傳統的無功補償裝置相比，分布式調相機具有故障瞬間電壓支撐能力強、暫態響應速度快等優點，可作為電力系統電源側的“穩定器”，未來將是新型電力系統的重要組成部分。

 

得益于分布式調相機的投運，11月16日、17日，青海電網新能源發電出力連續兩日突破千萬千瓦，達到1045萬千瓦和1061萬千瓦，較歷史峰值994萬千瓦分別提升了5.1%和6.7%。這兩日間，光伏發電大發時段青海全網用電負荷在980萬千瓦至1010萬千瓦，新能源出力持續超全網用電負荷，新能源日發電量最高達到1.07億千瓦時，占全省全天用電量的43.1%。此后，新能源發電出力及發電量屢創新高。

 

“由國家電網公司主導并推動的世界最大規模新能源分布式調相機群，首批11臺調相機經實際運行驗證效果顯著。”國網青海電力調度控制中心主任方保民介紹，這對青海新能源發電出力連續兩日創新高有著直接的推動作用，大幅緩解了新能源消納壓力。

 

“探索在電源側大規模安裝分布式調相機的實踐，將有效解決跨區直流輸電和新能源大規模接入電網帶來的電壓穩定問題，對于加快推動能源轉型發展具有重大意義。”國家電投黃河上游水電開發有限責任公司工程技術部主管薛寧說。

 

今年前11個月，青海電網新能源總發電量達到313億千瓦時，同比增長37.9%。按照解決方案，明年21臺分布式調相機全部投產后，可提高青海海南地區新能源送出能力350萬千瓦，預計年均增發新能源電量70.2億千瓦時，相當于節約標準煤318.9萬噸，減排二氧化碳574.2萬噸。

 

在我國推進實現碳達峰、碳中和目標的大背景下，青海省正以迅速發展的清潔能源產業全力推動能源清潔低碳轉型。國網青海電力將繼續貫徹落實國家電網碳達峰、碳中和行動方案，持續探索大型新能源基地電網安全高效運行技術，全力推進新型電力系統省級示范區建設，助力青海打造國家清潔能源產業高地。