[00243591]大型能源基地电力安全关键技术、防御系统研发及应用

1、课题来源与背景 本项目由国网宁夏电力公司电力科学研究院牵头，中国电力科学研究院、华中科技大学、四川大学、清华大学协作完成，针对宁夏大型能源基地近电气距离的大规模新能源集中接入、高比例、高密度风/光/火打捆多直流外送型电力安全运行面临的关键技术问题，从新能源、多直流、大火电等多角度出发，突破多变流器与多同步机电磁-机电暂态、动态耦合的基础理论，为大型能源基地电力安全保驾护航。 2、技术原理和性能指标 课题依托宁夏千万千瓦级大型能源基地高压交直流外送实际物理场景，围绕能源基地大规模新能源与常规能源集中、分布接入并存、高比例、高密度风光火打捆多直流外送的超/特高压交直流混联电网的仿真建模、特性分析、安全稳定控制技术及能源基地安全防御系统的设计、研发等方面开展了深入的研究工作，突破了大型能源基地电力安全的若干关键技术。 （1）满足不同场景需求的新能源模型及适应性研究 风电、光伏模型与实际设备物理规律认识相一致，具有实际应用价值。提出考虑LVRT的等值精度的评价指标，新能源电站单机等值倍增聚合模型与多机等值倍增聚合模型结构与参数折算方法。 （2）满足不同场景需求的直流输电系统模型及适应性研究 在 ADPSS中建立与宁夏电网直流工程特性一致的详细电磁暂态仿真模型，与PSCAD对比验证。在PSASP中建立反映实际控制保护特性的直流机电暂态仿真模型。提出所建立的不同尺度下精细化模型在宁夏电网仿真不同场景下的适应性评价指标。 （3）交直流、多直流送端系统电磁及机电暂态特性耦合机理 建立与实际直流输电控制保护系统特性相一致的直流电磁暂态仿真模型，仿真分析送端近区各种类型交流故障情况下直流系统间的耦合关系。研究直流系统故障引起的交直流系统间的相互作用机理，研究提出多个直流工程接入送端交流系统需要预防或改进的问题和措施。研究送端系统交直流耦合影响的评价指标。 （4）大规模新能源与多直流系统运行耦合机理 提出新能源波动下风光与直流系统耦合影响规律及应对措施。提出直流闭锁等典型扰动下新能源与直流系统耦合影响规律及应对措施。提出大规模新能源接入下系统频率特性、安控策略的变化及对直流系统影响与应对措施。 （5）火电密集多直流送端系统次同步振荡机理及应对策略 研究涵盖交流系统条件、直流运行参数、直流间电气距离等多方面影响因素，对系统阻尼特性进行全面分析。从不同类型的设计原理出发，研究并明确了直流附加阻尼控制（SSDC）、发电机附加励磁阻尼控制（SEDC）抑制次同步振荡的效果。 （6）大型能源基地电力安全防御系统 提出的在线、离线一体化建模方法能够实现在线计算数据的自动使用和拼接。能够存储1年的SCADA原始运行数据；当磁盘容量小于20%时给出提示和告警；SCADA原始数据导入数据库时间小于5秒；运行数据统计分析时间小于10秒；结果展示时间小于1秒；指定时间段统计时间至少能够统计5天时间范围内所有时间断面数据；统计数据结果的准确率大于95%。建立离线校验后进行在线更新提交的维护机制，确保在线安全稳定分析的高效维护。分析直流、新能源（风机、光伏）、高载能负荷等被等值为负荷模型时对电网仿真计算的影响，为离线快速、自动扩展技术提供计算依据。 3、成果的创造性、先进性 （1）针对宁夏千万千瓦级风电基地高压直流外送暂态仿真精度不足问题，提出了基于LVRT控制曲线的风电场聚合模型的适应性评价及改进方案；提出了消除高压直流暂态仿真不真实波动的开关脉冲补偿算法。 （2）提出了全面评估千万千瓦级能源基地交直流、多直流送端系统耦合运行的电压稳定、功角振荡、多直流交互作用、谐波不稳定、次同步振荡风险等系列评价指标。 （3）提出了增强网架结构、优化火电基地电源内电势、直流系统本体参数整定等提升大型能源基地电力高压交直流外送可靠性的综合措施。 （4）揭示了风光强波动、易脱网以及弱无功支撑性与近电气距离多高压直流系统送受端扰动冲击的耦合运行风险，提出了网源协调应对策略。 （5）提出了宁夏千万千瓦级大型能源基地电力安全防御系统总体实施方案，具有在线/离线一体化建模、全数字机电-电磁仿真模拟、历史/实时动态安全评估及新能源生产模拟等功能及特点。 4、技术的成熟程度，适用范围和安全性 项目研发的电力安全关键技术、防御系统具备实用条件，并已应用于宁夏电力调度控制中心。成果适合推广至具有大规模风电和光伏新能源接入系统，与直流电气距离较近；高渗透率波动性风光的接入，潮流多变，与交直流系统耦合作用特性复杂；低惯量、弱无功支撑、故障穿越能力不确定性的风光接入；大型火电基地集中建设，局部地区短路电流控制难度大；多回直流整流站落点间近电气距离；大型风光火能源基地与特高压/高压直流、交流系统耦合运行等特征的电网和能源基地。 5、应用情况及存在的问题 项目研发的电力安全关键技术、防御系统已在宁夏电力调度控制中心运行，与调控系统集成度较高，整体运行情况良好。