(上接第一版)
张北工程的联调试验需要依赖于新能源和柔性直流电网的真实模型。这两个高度复杂的系统,单独拿出来进行建模已经困难重重,进行联合测试更是从未有过先例。
400多面控制屏柜,通过上万根线缆连接起来,将新能源和四座换流站组合在一起,建立起反映电网真实特性的超大规模仿真系统。仅启动一次,就要花费数小时。
“这只是迈出了平台构建的第一步。”实验室负责人厉璇介绍,“在资源条件有限的情况下,还要准确刻画复杂系统的快速变化特性,这是更加关键的一步。”
几十个新能源场站,四端柔性直流电网,包含了数十万个元件,上万根光纤,对系统的实时运算能力提出了严峻挑战。为了实现实时运算,如此庞大的系统在每个毫秒都要进行几十亿次仿真计算,这俨然是一个超级计算系统,超算能力对系统配置提出了不可能达到的要求。
为了实现实时运算目标,必须另辟蹊径。“将系统和元件进行有效简化后,我们所提出的多项等值技术将仿真速度提升了近60%,完全达到工程精度。”厉璇说。在对模型进行逐步等值的过程中,科研人员们经历了种种坎坷和失败,一个错误的脉冲信号,一个程序的细微漏洞,一个设置不合理的参数,都容易导致系统报错或失稳奔溃。
一遍又一遍的检查设备,一次又一次的核对接线是团队每天的日常工作,一条通道调试不通就从头再来。
团队齐心协力,终于建立起世界首个大规模新能源柔直并网硬件在环实时仿真试验系统。
跨越千里,电力天路从规划变成现实
青海是我国清洁能源最丰富的省份之一,新能源发电量已经超过青海省全省用电负荷,亟须将大量富余的清洁电力送到上千公里之外的中东部负荷中心,变资源优势为经济优势。
特高压直流技术成熟、成本较低,在大容量远距离电能输送方面具有独特优势。因此,青海的新能源必须通过特高压直流技术进行远距离大规模消纳。然而,传统特高压直流犹如高速列车,运载量大、一站直达,而始发站的太阳能、风能等清洁能源就像自由出行的游客,何时出行、多少人出行均具有随机性。因此,对传统特高压技术升级改造才能更好实现对新能源的高效送出。
“能否将汇集新能源的系统电压控制稳定是工程设计的关键点。”项目负责人卢亚军向记者介绍。多年来,国网经研院直流技术攻关团队提出的“升级版”特高压技术,涵盖了多项稳定系统电压的独门绝技,这些措施在专门输送新能源的青海—河南(青豫)±800千伏特高压直流工程中得到成功应用,实现了成果转化,极大提升了特高压直流对新能源送出的适应性。
换流站连接着纵横千里的直流输电线路,仿佛人体的心脏,是直流输电工程最重要的能源转换枢纽,交流和直流的变换就在这里完成。青海换流站海拔达2900米,是世界上海拔最高的特高压换流站,空气稀薄,设备也会缺氧,耐受高电压的能力大幅下降。
“我们对直流系统的过电压水平进行了上百次迭代仿真校核,优化了高海拔下均压电极设计,有效缩短了设备间的空气间隙,确保设备运行万无一失,根本上消除了设备的高原反应,保证了高原换流站的运行性能与平原保持一致。”卢亚军说。
考验接踵而来。
由于风光能源不稳定,功率波动大,电网对变压器的电压调节能力要求较以往工程更高。分接开关是变压器执行电压调节功能的最核心装备,其设计一直是制约国产化的“卡脖子”技术难题。如何提高分接开关的运行可靠性,是摆在团队面前必须解决的一道难题。
科研团队深入研究了各种技术措施可能性,提出了几十种技术方案,推导了上百页分析算稿,经过反复研究论证仿真,确定了通过有效降低分接开关动作次数提高系统可靠性的技术方案,最终实现分接开关动作次数减少90%,显著提高了设备使用寿命,保障了工程的顺利投运和安全运行。同时,研究成果也在所有已投运的特高压工程中推广应用。
2020年12月30日,青豫工程正式投入商业运行,来自青藏高原的可再生能源跨越千里,点亮中原。
“电力天路在我们手里从规划变成现实,成为造福人民的幸福之路、光明之路和清洁之路。”乐波说。
(原载3月18日《光明日报》1版)
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