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張北工程的聯(lián)調(diào)試驗(yàn)需要依賴于新能源和柔性直流電網(wǎng)的真實(shí)模型。這兩個高度復(fù)雜的系統(tǒng)，單獨(dú)拿出來進(jìn)行建模已經(jīng)困難重重，進(jìn)行聯(lián)合測試更是從未有過先例。
400多面控制屏柜，通過上萬根線纜連接起來，將新能源和四座換流站組合在一起，建立起反映電網(wǎng)真實(shí)特性的超大規(guī)模仿真系統(tǒng)。僅啟動一次，就要花費(fèi)數(shù)小時。
“這只是邁出了平臺構(gòu)建的第一步?！睂?shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人厲璇介紹，“在資源條件有限的情況下，還要準(zhǔn)確刻畫復(fù)雜系統(tǒng)的快速變化特性，這是更加關(guān)鍵的一步?！?/p>
幾十個新能源場站，四端柔性直流電網(wǎng)，包含了數(shù)十萬個元件，上萬根光纖，對系統(tǒng)的實(shí)時運(yùn)算能力提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時運(yùn)算，如此龐大的系統(tǒng)在每個毫秒都要進(jìn)行幾十億次仿真計算，這儼然是一個超級計算系統(tǒng)，超算能力對系統(tǒng)配置提出了不可能達(dá)到的要求。
為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時運(yùn)算目標(biāo)，必須另辟蹊徑。“將系統(tǒng)和元件進(jìn)行有效簡化后，我們所提出的多項等值技術(shù)將仿真速度提升了近60%，完全達(dá)到工程精度。”厲璇說。在對模型進(jìn)行逐步等值的過程中，科研人員們經(jīng)歷了種種坎坷和失敗，一個錯誤的脈沖信號，一個程序的細(xì)微漏洞，一個設(shè)置不合理的參數(shù)，都容易導(dǎo)致系統(tǒng)報錯或失穩(wěn)奔潰。
一遍又一遍的檢查設(shè)備，一次又一次的核對接線是團(tuán)隊每天的日常工作，一條通道調(diào)試不通就從頭再來。
團(tuán)隊齊心協(xié)力，終于建立起世界首個大規(guī)模新能源柔直并網(wǎng)硬件在環(huán)實(shí)時仿真試驗(yàn)系統(tǒng)。
跨越千里，電力天路從規(guī)劃變成現(xiàn)實(shí)
青海是我國清潔能源最豐富的省份之一，新能源發(fā)電量已經(jīng)超過青海省全省用電負(fù)荷，亟須將大量富余的清潔電力送到上千公里之外的中東部負(fù)荷中心，變資源優(yōu)勢為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。
特高壓直流技術(shù)成熟、成本較低，在大容量遠(yuǎn)距離電能輸送方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。因此，青海的新能源必須通過特高壓直流技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離大規(guī)模消納。然而，傳統(tǒng)特高壓直流猶如高速列車，運(yùn)載量大、一站直達(dá)，而始發(fā)站的太陽能、風(fēng)能等清潔能源就像自由出行的游客，何時出行、多少人出行均具有隨機(jī)性。因此，對傳統(tǒng)特高壓技術(shù)升級改造才能更好實(shí)現(xiàn)對新能源的高效送出。
“能否將匯集新能源的系統(tǒng)電壓控制穩(wěn)定是工程設(shè)計的關(guān)鍵點(diǎn)?！表椖控?fù)責(zé)人盧亞軍向記者介紹。多年來，國網(wǎng)經(jīng)研院直流技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊提出的“升級版”特高壓技術(shù)，涵蓋了多項穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的獨(dú)門絕技，這些措施在專門輸送新能源的青?！幽希ㄇ嘣ィ?00千伏特高壓直流工程中得到成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了成果轉(zhuǎn)化，極大提升了特高壓直流對新能源送出的適應(yīng)性。
換流站連接著縱橫千里的直流輸電線路，仿佛人體的心臟，是直流輸電工程最重要的能源轉(zhuǎn)換樞紐，交流和直流的變換就在這里完成。青海換流站海拔達(dá)2900米，是世界上海拔最高的特高壓換流站，空氣稀薄，設(shè)備也會缺氧，耐受高電壓的能力大幅下降。
“我們對直流系統(tǒng)的過電壓水平進(jìn)行了上百次迭代仿真校核，優(yōu)化了高海拔下均壓電極設(shè)計，有效縮短了設(shè)備間的空氣間隙，確保設(shè)備運(yùn)行萬無一失，根本上消除了設(shè)備的高原反應(yīng)，保證了高原換流站的運(yùn)行性能與平原保持一致。”盧亞軍說。
考驗(yàn)接踵而來。
由于風(fēng)光能源不穩(wěn)定，功率波動大，電網(wǎng)對變壓器的電壓調(diào)節(jié)能力要求較以往工程更高。分接開關(guān)是變壓器執(zhí)行電壓調(diào)節(jié)功能的最核心裝備，其設(shè)計一直是制約國產(chǎn)化的“卡脖子”技術(shù)難題。如何提高分接開關(guān)的運(yùn)行可靠性，是擺在團(tuán)隊面前必須解決的一道難題。
科研團(tuán)隊深入研究了各種技術(shù)措施可能性，提出了幾十種技術(shù)方案，推導(dǎo)了上百頁分析算稿，經(jīng)過反復(fù)研究論證仿真，確定了通過有效降低分接開關(guān)動作次數(shù)提高系統(tǒng)可靠性的技術(shù)方案，最終實(shí)現(xiàn)分接開關(guān)動作次數(shù)減少90%，顯著提高了設(shè)備使用壽命，保障了工程的順利投運(yùn)和安全運(yùn)行。同時，研究成果也在所有已投運(yùn)的特高壓工程中推廣應(yīng)用。
2020年12月30日，青豫工程正式投入商業(yè)運(yùn)行，來自青藏高原的可再生能源跨越千里，點(diǎn)亮中原。
“電力天路在我們手里從規(guī)劃變成現(xiàn)實(shí)，成為造福人民的幸福之路、光明之路和清潔之路。”樂波說。
?。ㄔd3月18日《光明日報》1版）
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