科技成果

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成果名称: 新能源多维消纳关键技术研究及应用

成果登记号: 9612020Y0402

第一完成单位: 国家电网公司西北分部

联 系 人: 王文倬

成果类型: 应用技术

成果体现形式 : 新技术

技术领域: 新能源与高效节能

应用行业: 电力、热力、燃气及水生产和供应业

成果简介:

近年来,西北地区新能源发展迅猛,十年内新能源装机容量增长46倍,截至2019年底,西北电网新能源装机达9877万千瓦,渗透率突破100%。与新能源的高速发展相比,用电量同期仅增长3.5倍,新能源发电能力与系统消纳能力的不匹配愈发严重,新能源消纳成为近年来电网运行中的重点和难点问题。从新能源消纳过程来看,新能源消纳需要源网荷协同优化,涉及多级调度机构和为数众多的场站,亟需建立科学的消纳体系,实现各级调度机构及新能源场站之间的高效协同配合。从系统消纳能力来看,新能源发电能力和系统消纳空间是决定新能源消纳水平的关键,亟需从理论上开展新能源消纳机理研究,研究影响系统消纳空间的各项参数与新能源弃电率之间的量化关系,找出影响新能源消纳的关键因素,实现对新能源消纳能力的准确定量评估,指导各项消纳措施的精准实施。从新能源自身特性来看,强不确定性、弱抗扰和支撑性的新能源发电大规模接入,使西北电网运行特性发生了深刻变化,特高压直流的陆续投运对电网频率、电压调节能力提出了高要求,亟需新能源电站提供必要的主动支撑,保障电力的可靠供应和新能源的有序消纳。

本项目依托国家863计划等课题,联合国家电网公司西北分部、中国电力科学研究院有限公司、西安交通大学等优势单位,历时6年,产、学、研、用持续攻关,攻克了高比例新能源电网多维消纳、新能源电站主动支撑技术等系列技术难题,打造了涵盖不同时空尺度、不同调度机构及场站协同的新能源多维消纳体系,实现了新能源电站快速频率响应及电压主动支撑技术的产业化和规模化工程应用,有效提升了西北电网新能源消纳能力和安全运行水平。主要创新包括:

(1)构建了多时空尺度、网省场三级协同的新能源多维消纳体系。提出了新能源消纳体系框架,实现了不同时空尺度、不同调度机构及场站之间的新能源消纳协同;突破了消纳能力评估、消纳决策、调度运行等环节的技术壁垒,开发了新能源多维消纳平台,实现了电网规划、交易组织、系统运行控制在新能源消纳工作中的科学统一。

(2)提出了考虑源网荷特性的新能源消纳深化测算技术,开发了新能源消纳测算平台。提出了基于概率理论的新能源消纳非时序分析模型,实现了对源、网、荷特性与新能源消纳之间量化关系的准确快速评估,为新能源消纳提供决策依据;提出了基于新能源消纳系数的新能源装机规划方法,应用于绘制西北电网新能源发展地图,优化了新能源发展时空路径;揭示了跨区直流外送模式对新能源消纳的影响机理,提出了跨区直流计划优化方法,实现了跨区直流促消纳作用的最大化发挥。

(3)构建了“调频权责明晰、各类型机组协同配合”的送端大电网火、水、光、风多类型电源高效协同的频率风险防控体系。首创性提出了新能源电站快速频率响应控制技术,在西北电网实现产业化和工程应用,填补了新能源参与电网频率控制领域空白;提出了新能源电站快速频率响应性能多场景综合试验测试技术,在西北电网内开展示范性推广应用;提出了多调频资源协同控制的高占比新能源电网快速频率响应参数设置策略,在实际应用指导区域电网各类型电源一次调频参数配置。

(4)提出了综合考虑预测信息、无功裕度、电压分布等因素的新能源电站无功优化分配和协调控制方案。通过挖掘发电设备自身无功调节潜力,实现了新能源电站并网点多目标自适应优化控制,提升西北电网电能送出的稳定性和可靠性;提出了新能源并网机电暂态和中长期动态半实物准实时仿真技术,实现了复杂电网条件和多变运行工况下新能源控制策略的有效测试。

依托本项目研制出的新能源多维消纳平台、新能源电站快速频率响应系统和主动电压支撑系统,具有完全自主知识产权,其中,新能源多维消纳平台接入的新能源装机容量全球最大,并大规模应用于西北区域电网及陕甘青宁新5个省级电网,接入新能源装机容量达9877万千瓦,覆盖了西北地区全部新能源基地和特高压直流近区电网;新能源电站快速频率响应系统和主动电压支撑系统实现了产业化,广泛应用于西北区域223座新能源电站,根据计划安排,近年内,西北区域所有新能源电站均需具备电网频率和电压的主动支撑能力。

项目获得国家授权发明专利授权21项、获得软件著作权6项、第三方检测报告4项;参编专著1部、发表论文38篇,其中SCI收录3篇,EI收录32篇;编制能源行业标准1项;发布国家电网公司管理规定1项。

项目成果成功突破了新能源多时空尺度、网省场多级协同消纳的技术壁垒,为西北电网新能源的高额消纳提供了重要技术支撑;特别是随着西北多条直流陆续投运,项目成果规模化应用的成效还会进一步凸显。实践证明,针对高比例新能源电网的科学调度及新能源电站友好并网,项目形成了系统的产学研用成果体系,为高比例新能源电网的安全稳定运行和新能源产业的健康发展做出了重大贡献。