一排排風力發(fā)電機如同即將遠征的士兵，列隊在波濤萬頃的黃海之上，將“桀驁不馴”的海風，轉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，有成片的海上風電場。如東海上風電柔直并網工程正在建設。該工程預計今年年底投運，年上網電量24億千瓦時，相當于99萬戶家庭一年的用電量。
海上風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，江蘇沿海風電裝機總量已超過1200萬千瓦。
國網江蘇省電力有限公司于2020年9月成立了海上風電調試柔性攻關團隊，依托國家風電技術與檢測研究中心江蘇分中心、國家電網有限公司海上風電并網聯(lián)合實驗室和江蘇省海上風電設計制造與友好并網工程研究中心，推進電網仿真分析、設備質量檢測和控制系統(tǒng)調試等工作，開展海上風電并網關鍵技術攻關，助力海上風電安全并網與高效消納。
開展電網系統(tǒng)運算分析
與陸上新能源電源相比，海上風電具有發(fā)電利用小時長、可被大規(guī)模開發(fā)且不占據城鎮(zhèn)用地等諸多優(yōu)勢。但傳統(tǒng)的海上風電交流、直流并網方式，面臨交流海纜充電功率大、海上平臺建設困難等難題。大規(guī)模海上風電并網后，自身出力的強波動性和弱調節(jié)性將削弱整個電力系統(tǒng)的調節(jié)能力。
江蘇電力科學研究院研究團隊從海上風電安全并網和主動支撐技術入手，重點突破深遠海風電分頻輸電、風機慣量評估與一次調頻能力提升等技術，創(chuàng)新提出了海上風電并網解決方案。
從2020年5月開始，江蘇電科院依托大規(guī)模海上風電并網系統(tǒng)多時間尺度建模仿真能力，推進如東海上風電柔直并網工程建模和仿真分析。該院先后完成了海上風電消納、柔直工程調試期間運行特性、海上風電柔直系統(tǒng)故障穿越等重點專項研究。
“后續(xù)，我們還將進一步強化大規(guī)模新能源接入對電網安全運行影響研究，深化江蘇新能源實測建模工作，加快推進新能源快速功率控制等主動支撐技術攻關、裝備研發(fā)和示范應用。”江蘇電科院系統(tǒng)及新能源技術中心副主任李強說。
為主要電氣設備做“入職體檢”
如果說電網仿真分析是確保電網安全穩(wěn)定運行的關鍵，那么一次設備質量檢測評價則是電網安全運行的根本保障。
6月23日，如東海上風電柔直工程500千伏變電站用變壓器絕緣油試驗檢測工作結束，該工程陸上站內主要電氣設備特殊性試驗基本完成。這些試驗項目保障了電氣設備的質量。
“不同于普通變電站一次設備的竣工試驗，這座變電站的進站電纜線路長達108千米。此外，變電站地處沿海，室內電氣設備排列比較緊湊，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。
研究團隊充分調研海上風電輸變電工程中的電氣設備情況，聯(lián)合國內院校和研究機構，深入分析研究高壓直流海纜、穿墻套管等重要電氣設備的現(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電柔直并網工程“量身訂制”了一套試驗方案，高質量完成了陸上換流站變壓器、組合開關、穿墻套管等核心電氣設備的“入職體檢”。
目前，江蘇電科院累計完成如東海上風電柔直并網工程中的500千伏氣體絕緣全封閉組合電器、聯(lián)結變壓器、站用變壓器及控保系統(tǒng)等工廠內試驗監(jiān)督1000余項，聯(lián)結變壓器、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。
研究海上風電柔直系統(tǒng)調試方法
6月25日，系統(tǒng)調試隊伍進入如東海上風電柔直并網工程陸上換流站現(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，如東海上風電柔直并網工程不聯(lián)網的預調試試驗正式啟動。工程接入電網前，通過預調試提前發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)缺陷并盡早消缺，可提高工程調試的質量、效率。
系統(tǒng)調試作為工程建設階段的最后一步，目的是檢驗整個系統(tǒng)的功能和性能。海上風電柔直送出系統(tǒng)運行環(huán)境復雜，國內工程應用起步較晚，系統(tǒng)調試工作經驗積累不足，缺乏可供參考的針對性標準。
2020年2月，江蘇電科院開始組織技術攻關。研究團隊搭建了包含完整的一次設備與二次控制保護系統(tǒng)的電磁暫態(tài)實時仿真模型，深入研究系統(tǒng)特性。
“如東海上風電柔直并網工程的系統(tǒng)調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，保證了調試方案的完整性。”江蘇電科院繼保自動化通信技術中心副主任李鵬說。
截至目前，江蘇電科院先后承擔了863項目“高滲透率間歇性能源的區(qū)域電網關鍵技術研究和示范”、國家自然科學基金項目“多直流饋入受端電網主變壓器充電對直流輸電及受端電網運行影響研究”、中英國家自然基金項目“環(huán)境交互下的海上風電系統(tǒng)：多物理場模型與大數(shù)據研究”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電工程項目并網調試及電網分析技術水平。
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