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7月的南京闷热潮湿,而由南瑞集团主要负责人主抓的系统保护实验室建设工作仍在马不停蹄地推进。实验室建成后,将具备大型控制系统闭环实验检测能力,有效支撑国家电网公司系统保护项目建设。
未雨绸缪防患未然
在政府政策鼓励下,电动汽车逐渐走向普通家庭,保有量持续增长。而电动汽车充电必须使用变流设备,将交流电转换成直流电存储在电池中。从电力系统的角度来看,变流设备属于以电力电子元器件为主的电力电子设备。
“在用户侧,电力电子设备具有复杂频率电压的特性,部分设备在系统频率降低时,其功率反而变大,进一步恶化了频率波动,导致出现电网安全稳定隐患。”负责实验室技术研发的南瑞集团旗下企业国电南瑞稳定公司高级工程师崔晓丹说。
而在发电端,新能源占比逐年提高。风电、光伏同样都依赖变流设备接入电网,容易形成影响电能生产、传输的谐波,暂态过程中频率电压超出设备耐受范围,很容易脱网,引发电网安全事故。
“在电网‘强直弱交’背景下,除了电源结构的变化和电力电子化特征带来的问题,电网故障形态也发生着变化,容易放大和导致连锁。”国电南瑞稳定公司总工程师李碧君介绍说。他形容这像是电力系统的“蝴蝶效应”,华东电网的一个小故障有可能引发几千公里外西北电网的风机大规模脱网。
系统保护目标是控制大电网安全运行风险,这是覆盖于特高压交直流电网上的一个综合二次控制系统,国内外尚无建设实例。而建设系统保护实验室的目的在于验证系统保护是否精准可靠,能否确保电网安全万无一失。
核心技术全力攻关
南瑞集团具有全套电工装备产业链,并拥有智能电网保护和运行控制国家重点实验室、电力系统安全稳定分析与控制公司重点实验室,为系统保护实验室建设奠定了坚实基础。“国家重点实验室的先进成果可以提升系统保护实验室技术水平,公司重点实验室又能提升其实验和检测能力。反之,系统保护实验室可以成为两者的反哺平台。”国电南瑞副总经理罗剑波介绍,实验室总投资接近3亿元,按照功能布置分为5大区域,分别是电网稳定特性模拟区、通信网络模拟区、系统保护装置区、系统保护在线监测和分析区、系统保护培训区。他们共同构成了系统保护实验室环境。
罗剑波表示,模拟验证的前提是仿真,将大电网“搬”到实验室中来,这是沙盘推演的第一步。建模需要严谨、细心,仿真规模巨大,详略程度取决于具体验证需求。比如华东电网的建模重点在于西南三大特高压直流线路,而数千条220千伏以上线路,则通过等值建模的方式简化为几百条。
这对实时数字仿真系统RTDS的规模提出要求。该系统是电力系统分析、保护和控制研究的专用平台。系统保护实验室将建成世界规模最大的RTDS系统,共计近50台核心计算单元。通过这些设备可以实现电网故障特性的保全复现和跟踪。“模型建成以后,可以推演故障发生原因,故障发生后系统保护能否正确动作。”罗剑波说。
实验验证成效初显
3月20日~5月20日,南瑞系统保护实验室团队对华东电网频率紧急协调控制系统进行验证。实验投入百余套设备,通过数十个扰动场景模拟,验证了系统升级后各项功能的有效性。
去年7月5日,华东电网频率紧急协调控制系统正式投运。运行半年后,结合实际运行情况,南瑞集团对系统进行了升级改造。由于技术复杂、涉及面广,南瑞集团特别安排了系统实验验证以及实际演练。
5月24日,演练人工触发锦苏特高压直流双极闭锁,直流功率损失303万千瓦,直流闭锁后,系统立即响应,直流提升总量为67.7万千瓦、抽蓄切泵202万千瓦,切除江苏负荷25.5万千瓦。这与实验验证的67.7万千瓦、202万千瓦、26万千瓦相差无几。
无论是实验还是演练,系统控制策略正确、执行效果良好,有效检验了华东频控系统的保护功能,有效保障了华东电网安全稳定。
“电网建设像是一个搭积木的过程,不容易回头。实际演练代价太大,一般不轻易实施。实验室的沙盘推演可以花相对较小的代价实现演练的效果。”李碧君说,下一步,南瑞稳定公司将进行建模的模块化研究,提高复用性,提升工作效率。
目前,国家电网公司六大分区电网根据总体设计方案,形成了分区电网系统保护建设方案。系统保护的设计、投运以及投运后的故障回溯等都有赖实验室支撑。该实验室将于今年11月份完成改造装修,明年年底全部建成。
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