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华北电网:寻找安全、保供和消纳的“最优解”
来源: | 作者:中国电力工程技术协会秘书处 | 发布时间: 40天前 | 920 次浏览 | 分享到:

国家风光储输示范基地。

5月27日,华北电力调度控制中心调度员密切监控电网运行情况。

  天气渐寒,华北电网各级调度人员越发忙碌。

  用电负荷化作跳动上升的曲线和数字,让他们必须在屏幕前的拓扑电网上作出“秒级”反应——腾挪电力顶住晚峰,“补上”消失的光,“管住”时有时无的风。

  冬季用电高峰期、供暖期、枯水期三期叠加,新能源发电的间歇性和不稳定性,让冬季用电负荷上升与电力供应的平衡矛盾更加突出。即使是华北电力调度控制中心主任刘一民这样的老调度人也倍感压力。

  保安全,在高比例电力电子设备接入的情况下电网要稳定运行;保供应,在尖峰负荷和极端天气频发的考验里保障电力供给;保消纳,在新能源发电快速发展的形势下中保证消纳量率齐升。安全、供应、消纳,一个都不能少。如何做好这三项工作并在变化与挑战中寻求“最优解”?

  摸清安全边界:当新能源与电网特性叠加出多重不确定性,如何寻找“确定性”?

  华北电网很特殊:在电源装机上,不管是火电装机、新能源装机还是电源总装机,华北电网都位居全国区域电网首位;在网架结构上,华北电网已建成1000千伏交流特高压主干网架,区域内有锡林郭勒盟—山东、蒙西—天津南、张北—胜利等特高压交流工程;在新能源发展上,华北电网新能源发电占比稳步提升,新能源发电成为电量增量主体,电网呈现出全新的形态。

  新能源发电装机占电源总装机比例超过45%,华北电网“双高”特征显著,电力系统复杂性和不确定性持续增加,系统抗扰动能力面临考验。既要“供得上”负荷,又要“吃得下”新能源,在推进新型电力系统构建的过程中,安全尤为重要。

  “无论什么时候,守住安全对电网企业来说都是底线。我们有句老话叫安全‘万无一失’,因为安全‘一失万无’。”国网华北分部发展规划部副主任李付强说。

  在传统电力系统中,发电机组和发电容量相对确定,电网安全风险相对易于掌控。新能源的崛起带来新变化:单机容量小、并网点分散,发电出力及运行特性呈现较强随机性,电网向低惯量、低阻尼、弱支撑转变,宽频振荡等新现象涌现,原有的电力系统稳定机理难以适应新特性,电力系统稳定面临严峻挑战。

  如果说传统电网运行存在一定的“惯性”,那么现在,这些“惯性”正在被打破。

  如何应战?

  “在电力系统转型期,实现分部和省级电力公司规划力量的有效融合、规划与运行的有效衔接,更加聚焦大系统安全和电力保供的研究,是时代赋予我们的重要课题。”李付强说,在电网规划的“最初一公里”,就要努力实现新型电力系统规划“横向到边、纵向到底”。

  新型电力系统建设中,对大电网的运行特性需要重新认知。“以前的电网是基于风险状况的统筹分析来运行,出现问题后,调度去紧急处置。好比开着车走在一条一眼望到头的高速公路上,路中间如果有坑,避开就行。”刘一民解释说,“现在,好比这辆车开进‘无人区’,眼前有团‘迷雾’,前方是平路还是深渊,不清楚,要改变传统观念,通过新的安全的手段摸清电网运行的安全边界。”

  让调度运行的拓扑电网和真实的物理电网对应起来,更清晰地认知新型电网,是拨开眼前“迷雾”的关键。

  管理电网设备的部门也在思考同样的问题。变电站数量不断增加,设备管理量快速增长,这让国网华北分部生产技术部主任江长明思考:“我们对设备的运行规律是不是足够了解?”

  更加精细的管理手段势在必行。“新型电力系统构建中,更需要用系统的观念去认知电网,掌握故障发生的特征规律至关重要。”江长明说,必须用新技术、新手段,让物理电网中设备的状态更加稳定,进而给电网安全运行增加更多的确定性。

  观念的突破,带动理念、方法与管理的系统性更新。

  在调度侧,拓扑电网与物理电网“牵手”。11月4日,华北地区普遍出现新一轮降温,在华北电力调度控制中心的大屏幕上,全息智能管控平台显示着天气、地貌、设备、电气等数据。调度员坐在电脑前,查看千里之外电网的实时状态。年初以来,全息智能管控平台20多次成功预警恶劣天气对在运设备造成影响。大电网状态“看”得更清晰,为电网运行预留出更多安全“提前量”。

  在设备侧,变压器有了故障主动防范的新手段。国网华北分部生产技术部融合在线监测技术和继电保护技术,研究提出了变压器故障主动防御技术,成功研制世界首台变压器主动防御装置。这相当于得到了准确的故障特征“DNA”。

  如今,国家电网六大区域电网的多台重要变压器上,都新装了主动防御装置。“现在只要监测到故障征兆,比对上‘DNA’,主动防御装置就可以精准识别并实施保护。”江长明说。针对这项成果,中国工程院院士邱爱慈评价:“大型变压器主动防御装置的成功研发深化了人们对变压器故障放电规律的认识,也是防御思维的大胆创新。”

  保障电网安全是一项系统工作。国网华北分部安全监察部在构建起“华北电网安全风险矩阵”的基础上,正在推动适应新型电力系统的华北特高压及省级输电网安全性评价方法研究。“我们要以新的评价方法去适应新的系统特点,更好地防范安全风险。”该分部安全监察部主任牛四清说。

  从电网规划“谋”,到调度运行“看”,到设备管理“控”,再到安全监察“防”,在华北电网,新型电力系统安全管控形成了闭环。