以科技創新 解決電網技術難題

崔靜 李蘊紅 楊偉新

5月10日，冀北電力科學研究院智能電網與新能源研究所的兩路技術團隊成員分別趕赴張家口和潤阿拉素風電場、錫盟大唐寶日胡風電場，開展新能源場站涉網檢測?！拔逡弧奔倨谄陂g，他們已經完成冀北地區5座風電場的自動發電控制（AGC）涉網性能檢測和錫盟地區7座風電場的電能質量檢測工作，為新能源企業提供專業技術服務。

自2012年重組改制以來，經過10年時間，冀北電科院實現了“技術服務+工程調試+科技研發”三位一體的跨越式發展，在網源協調、新能源并網、高壓輸變電、火力發電節能環保等領域形成了獨具特色的研究品牌和優勢方向，多項成果在生產實際中推廣應用。截至目前，該公司共獲得國家級科技獎勵2項、省部級科技獎勵246項，取得國家發明專利授權418項、國家實用新型專利授權399項。

在新能源實時仿真領域取得突破

3月底，智能電網與新能源研究所風光儲并網運行技術實驗室完成了張北特高壓1000千伏、500千伏、220千伏、110千伏、35千伏電壓等級的電磁暫態仿真試驗。經檢測，各電壓等級的全部母線暫態過電壓均未超標。至此，張北特高壓“五變五線”送出系統電磁暫態仿真與輸電能力校核工作完成，為張北特高壓送出能力再提升提供可靠支撐。

張北特高壓工程和張北柔性直流工程投產后，張北新能源基地、豐寧儲能基地與北京負荷中心隔空“牽手”，每年可將140億千瓦時的清潔能源送至京津冀地區，推動資源優勢轉化為發展優勢。

2021年10月，康保、尚義變電站擴建工程相繼投運，張北特高壓500千伏網架由“三變三線”變為“五變五線”，但送出能力沒有進一步釋放。隨著送端8座新能源場站先后并網，張北特高壓新能源消納形勢嚴峻，送出能力再提升的需求迫切。然而，新能源外送給電力系統安全穩定運行帶來挑戰。隨著新能源滲透率不斷增加，電力系統動態行為與安全穩定特性更加復雜，暫態過電壓與寬頻振蕩問題日益突出。仿真分析是正確認知電力系統特性、制訂針對性調控措施的基礎。因此，在新能源并網前建立準確的風電機組電磁暫態模型是新能源外送的必要條件。

2021年12月初，智能電網與新能源研究所啟動了張北特高壓“五變五線”送出系統電磁暫態仿真與輸電能力校核工作。此后的兩個月，該研究所技術專家精細化調配多核仿真資源，不斷提高模型內新能源裝機容量，使張北特高壓風電機組電磁暫態模型規模擴大了近一倍，突破了高計算密度仿真延遲、多仿真機計算負載失衡等關鍵技術難題，準確評估出在392萬千瓦方式下出現不同故障時各電壓等級母線的暫態過電壓水平。

近年來，冀北電科院實現了在新能源實時仿真領域的重大突破，構建了千萬千瓦級新能源匯集區全電磁暫態仿真平臺。

研究燃煤機組深度調峰優化技術

4月20日，冀北電科院鍋爐、汽機等專業的17名員工開始在天津大港電廠3號機組開展為期一個月的深調峰能力及涉網能力認證試驗。試驗內容包括深調峰上下限能力測試、下限邊際成本測試、機組污染物排放試驗、機組24小時連續運行考核試驗等。

“傳統燃煤機組不僅要降低出力、給新能源騰出空間，還要在新能源出力不足的時候及時補充。這就要求火電機組打破僅在額定容量50%～100%范圍內變負荷運行的局限性，確保在額定容量50%以下范圍內仍能自動變負荷安全穩定運行?！彪娬炯夹g鍋爐研究所員工趙熙說。他是此次試驗的項目經理，也是參與2021年京能集團岱海電廠4號機組15%深度調峰試驗的專家團隊成員之一。

在“雙碳”背景下，構建新型電力系統對電源側調節能力提出更高要求，通過靈活性改造燃煤機組實現深度調峰運行是提升電源側調節能力的優先選擇。

2014年，冀北電科院聯合電網企業、高校、電廠開展燃煤機組深度調峰性能評估及優化關鍵技術研究，首次實現了燃煤機組50%～20%額定負荷AGC、一次調頻等功能，建立了調峰性能評價體系，還提出了重塑鍋爐動態燃燒邊界的穩燃系統設計方案，突破了火電機組大規模、深度調峰面臨的挑戰。

2017年，冀北電科院在岱海電廠應用該技術成果。2021年，冀北電科院專家團隊在岱海電廠4號機組開展燃煤機組15%深度調峰試驗并取得成功。同年10月，“燃煤機組深度調峰性能評估及優化關鍵技術與應用”課題獲得2021年度中國電力科學技術獎二等獎。

目前，冀北電科院積極推廣燃煤機組深度調峰工作，已在多家發電集團多種類型的33臺燃煤機組上成功應用燃煤機組深度調峰性能評估及優化關鍵技術，使這些燃煤機組的調峰能力提升約500萬千瓦。

建設新能源大數據分析與應用平臺

“風電場014號風電機組3月份發電性能最優，085號風電機組發電性能最差，需進一步分析085號機組發電性能劣化的原因，減少發電量損失?！?月21日，在智能電網與新能源研究所，大數據分析與應用團隊對某風電場3月份的運行數據分析結果進行研討。他們計劃運用大數據手段，為新能源場站最大化發電找到最優解。

作為大數據技術應用的重要領域，新能源發電在并網消納及設備的可靠運行方面面臨諸多挑戰。為充分挖掘新能源發電數據應用價值，冀北電科院于2019年啟動新能源大數據分析與應用平臺建設，在融合電網數據、新能源場站數據和第三方氣象數據的基礎上，開發了新能源發電精益化運維、風光資源評估與氣象預警、新能源場站涉網性能分析和區域新能源消納分析等功能模塊。

大數據分析與應用團隊研發人員王玙說：“新能源大數據分析與應用平臺不僅可以基于定制化界面實時監測場站運行情況，而且可以從發電量、發電性能、故障分析、涉網性能等多個角度向場站定期推送運行評價分析報告，并根據海量運行數據發掘場站運行的潛在問題，新能源場站可以根據分析結果進行整改或優化，實現了場站與平臺數據交互的良性循環?！?/p>

冀北地區約有新能源場站300座，新能源發電設備5萬臺，傳統的人工監督模式難以及時準確發現設備缺陷。2021年起，冀北電科院依托新能源大數據分析與應用平臺，探索開展了“線上+線下”新能源技術監督服務新模式，線上利用平臺數據資源優勢精準定位問題缺陷，線下通過與后臺專家聯動不斷優化新能源設備性能，確保新能源設備安全穩定運行。