硬技術(shù) | 特變電工新能源TSVG為新能源大基地并網(wǎng)保駕護(hù)航

隨著新冠肺炎疫苗的推出、經(jīng)濟(jì)活動增加及出行反彈，2021年全球能源行業(yè)已呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)性復(fù)蘇態(tài)勢，能源轉(zhuǎn)型步伐加快，清潔低碳能源發(fā)展勢頭迅猛，“碳減排”“碳達(dá)峰”“碳中和”成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。

可以看到，各地正在加快新能源開發(fā)力度，十四五期間新增新能源裝機(jī)高增確定性強(qiáng)。近期，已有多個省份發(fā)布新能源十四五發(fā)展規(guī)劃，提出要大力發(fā)展新能源和可再生能源。

新能源高比例并網(wǎng)可能導(dǎo)致電力平衡較為困難，對電網(wǎng)的調(diào)峰能力提出更高要求。不同于常規(guī)能源發(fā)電，新能源發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率和天氣等因素息息相關(guān)。這種隨機(jī)的、隨時間變化的功率在并網(wǎng)運(yùn)行中容易對電網(wǎng)的穩(wěn)定性及電能質(zhì)量造成很大影響，并且隨著新能源發(fā)電的規(guī)模不斷增大，這種影響也越來越大。SVG 以靈活的控制方式、更快的響應(yīng)時間、更平滑的電壓控制能力，能大大改善新能源電站性能，對提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和電能質(zhì)量有顯著意義。

隨著新能源基地的大批量接入電網(wǎng)和電網(wǎng)設(shè)備及控制方式的變化，勢必導(dǎo)致電網(wǎng)阻抗呈現(xiàn)寬范圍變化的特性，進(jìn)而嚴(yán)重影響新能源基地并網(wǎng)系統(tǒng)的控制性能，極易引發(fā)振蕩及系統(tǒng)不穩(wěn)定等問題。

2020年12月，各大風(fēng)電基地?fù)尣⒕W(wǎng)過程中，在我國內(nèi)蒙古錫盟基地、新疆準(zhǔn)東基地，均出現(xiàn)了220kV母線電能質(zhì)量問題。以準(zhǔn)東風(fēng)電基地為例，背景諧波電壓總畸變率超過7%，大大超過了GB/T14549《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定2%的限值，電壓波形產(chǎn)生嚴(yán)重畸變(如圖1所示)，對并網(wǎng)設(shè)備提出嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

SVG作為基地匯集站重要帶電設(shè)備，是保障各風(fēng)電場平穩(wěn)投運(yùn)的前提，是對風(fēng)電基地電能質(zhì)量的基礎(chǔ)保障，SVG設(shè)備本身又是基于電力電子器件的鏈?zhǔn)酵負(fù)?，對電網(wǎng)諧波敏感程度高，如果設(shè)備在諧波耐受方面能力不足，或自身不具備諧波治理功能，則無法完成新能源大基地的送電安全保障工作，嚴(yán)重影響業(yè)主收益。

圖1 投運(yùn)前220kV母線電壓波形/諧波含量

特變電工新能源SVG研發(fā)團(tuán)隊(duì)以該基地電網(wǎng)背景參數(shù)為基礎(chǔ)，基于公司RT-LAB半實(shí)物仿真平臺驗(yàn)證，推演顯示：常規(guī)SVG控制策略在此嚴(yán)重諧波電壓背景下并網(wǎng)，功率模塊直流側(cè)出現(xiàn)電壓發(fā)散的情況(如圖2所示)，將直接導(dǎo)致SVG直流電壓失控，從而導(dǎo)致SVG輸出電壓失控，無法正常運(yùn)行。

圖2 高諧波背景下模塊直流電壓仿真圖

針對大基地高背景諧波的情況下，特變電工新能源SVG研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過深入理論分析及基于RT-LAB及國產(chǎn)化ADPSS仿真雙平臺縱向?qū)Ρ确治?，制定針對新能源大基地并網(wǎng)高背景諧波比例的SVG并網(wǎng)控制算法研究，采用SVG多層控制，算法改進(jìn)、參數(shù)調(diào)整、優(yōu)化諧波抑制策略等方式，不僅僅解決了SVG自身并網(wǎng)穩(wěn)定性控制問題，同時改善了新能源大基地電網(wǎng)諧波超標(biāo)問題。

經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)論證，確保了SVG功率模塊直流電壓側(cè)穩(wěn)定(如圖3所示)。

圖3 控制策略調(diào)整后模塊直流電壓仿真圖

2020年12月20日，在準(zhǔn)東風(fēng)電基地，隨著SVG并網(wǎng)指令下達(dá)，特變電工新能源TSVG一次性并網(wǎng)成功，該基地六套水冷直掛45MvarSVG全部一次運(yùn)行后，啟動電網(wǎng)諧波抑制功能，使電網(wǎng)諧波電壓含有率降低了50%以上(SVG投運(yùn)后220kV母線電壓波形及諧波數(shù)據(jù)如圖4所示)，抑制了電網(wǎng)系統(tǒng)諧波，穩(wěn)定了電網(wǎng)系統(tǒng)電壓，最終順利完成了準(zhǔn)東風(fēng)電基地220kV匯集站并網(wǎng)投運(yùn)，為下屬11個風(fēng)電站2020年強(qiáng)裝并網(wǎng)提供了可靠保障。

圖4 投運(yùn)后220kV母線電壓波形/諧波含量

特變電工新能源SVG產(chǎn)品線以其強(qiáng)大的科研投入和實(shí)力，在國內(nèi)率先完成錫盟、張北、青豫直流大基地網(wǎng)源協(xié)調(diào)仿真實(shí)驗(yàn)，基于公司RT-LAB仿真平臺、國產(chǎn)化ADPSS平臺雙驗(yàn)證。針對高比例新能源接入電網(wǎng)安全穩(wěn)定性問題進(jìn)行專項(xiàng)研究，通過創(chuàng)新算法，突破了弱電網(wǎng)和高諧波背景下的SVG并網(wǎng)技術(shù)，已成功保證了上千座新能源電站的順利投運(yùn)。

特變電工新能源將繼續(xù)秉承“奉獻(xiàn)綠色能源，創(chuàng)造美好生活”的使命，矢志為全球客戶提供高效可靠的綠色智慧能源解決方案。