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孙华东:适应智能电网发展的安全稳定柔性控制技术研究

发布时间:2019-10-24 21:05

  周凤起:各位请就坐,我们下午下半部分的报告开始。第一位发言者是中国电力科学研究院电力安全与稳定研究室主任孙华东博士。

  孙华东:大家下午好,非常荣幸能有这样一个机会,把我们新提出的理念跟大家一起分享。今天这个名字是叫“适应我国智能电网发展的安全稳定柔性控制技术研究”,主要分几个部分,第一个结合我国智能电网发展及安全稳定来谈谈柔性技术需求;第二个,谈一下安全稳定柔性控制理念;第三,谈一下我们这个研究的进展,最后是结语。

  众所周知,我们国家现在保持一个快速的增长态势。要快速发展,就需要大量的电力,从电能基地送到东部的负荷中心,要远距离、大容量地从北部、西部把风电、水电、火电都送到东部;还有跨国的,把俄罗斯、内蒙的一些电力送到东部,未来的电力需求要增加,大力大容量输送的需求也要增加。

  到2015年,跨区输电规模要达到2个亿千瓦;到2020年,将达到4亿千瓦。国家电网有一个2050年的项目,这个项目也提出了一系列的数据。输电的距离大约是有1000-3000公里的长度。

  既然要大容量、远距离输送,就要突出它的大。我们这里有一组数据,是2011年和2020年远距离、大容量输电容量。既然我们要大容量、远距离输送电,电网就会遇到一些困难。

  第一,我们要远距离、大容量地输电,单一的输电容量也会越来越大。我们可以想象一下,通过五百千伏的直流线万千瓦,这是一个质的提高。将来一回直流1000万千瓦,一旦掉了,对电网的打击力度是远远加大了。

  第二,随着电网规模越来越大,将来电网的运行方式会越来越复杂;电网的安全稳定、控制、运行难度也比以前远远地复杂多了。我们国家提出了发展八大风电基地,我们知道风电基地对电网来说有一些不是很好的特性,它有随机性、波动性等等;另外随着电网越来越复杂,直流、交流的大规模应用,在2010年的时候,华北地区刮大风,在短短几个小时的时间,有十几回线路就跳闸了,给电网安全稳定的运行控制带来了难题。

  我们再来看一下第三个难题。我们要远距离、大容量输电,好多人提倡直流,当然交流和直流都要发展,电网的电压控制难度会越来越加大。

  第四个问题,直流的闭锁每年都会发生,一旦它发生,直流的线路必然要迂回转到交流线路上,这种大范围、远距离的穿越,也对安全稳定带来的一系列的困难。

  总结一下,第一个是单一输电工程容量越来越大,单回交流可以达到500万,现在华北和华中高压实验示范工程,现在就是送500万交流,直流最大要送到1000万。

  再来看看我们现在的控制是怎么去做的。我们现有的安全稳定控制是这么去做的。

  第一,我们现在所有的控制措施,都是基于全网的仿真分析得到的。这个仿真分析有一系列的假设条件,我们的数据也仅仅能够达到110千伏,可能会带来一系列的不是很准确的问题。

  第二,就是我们现在所有的安全稳定控制措施都是基于预案式的,假定的故障。就是刚才举的那个例子,华北刮大风刮掉了10条线路,这个不是我们能够想象到的;只有在真正故障发生的时候,就会导致失配,就会控制不住。

  第三,现在最最主要的控制措施,无非就是切除发电机,切除负荷,我们把这种措施叫做硬控制。

  第四,就是我们现在这种控制措施,主要还是局部的、区域性的,但是我们可以想象一下,未来我国电网的发展确实是进入了一跨大区的、接续式的时代;我们还仅仅使用现在的这种方式,是难以满足从西北到华中、从华中到华北、华东的接续形式的送电需求的。

  我们总结一下,传统的电力系统“三道防线”措施,主要是以切机、切负荷的硬控制,我们需要把这种硬控制变小,或者是尽量减少硬控制,用软的、柔性的控制来体现。

  2011年9月1日,国务院颁布了一个令,这个令是对切负荷量的限制,如果切多了,对于电网企业、发电企业有很多惩罚性的措施;也不允许你采用大量的切负荷的措施。

  随着我国的电力电子技术以及直流输电的发展,为电网安全稳定控制提供了快速、灵活、连续的调节手段,以转移、调配取代硬性控制的基础。

  我们大概看一下,传统的安全稳定控制是切除负荷、切除机组、系统解列的方式;未来柔性控制要达到三个性,第一个是广义的协调性,第二个是实时的应变性,第三个是平滑的连续性。

  我们进入第二部分,提出一个观点,就是安全稳定的柔性控制技术。“柔性”这个词最初是起源于20世纪80年代,发源于管理和生产领域。1998年,“柔性”这个词第一次被引入到电力系统,当时还是作为装置设备提到的柔性控制。我们今天提到的安全柔性控制,跟设备的控制是完全不同的概念,我们提到的是系统的、针对安全稳定性的一种安全稳定柔性控制。

  我们在这儿也给它提出了一个阐释,大电网安全稳定柔性控制,要充分利用广域信息,基于电力系统响应的分析与评估。这里提到的响应控制绝不是我们现在带线的电力系统安全稳定控制,我们知道五分钟取一个断面、十分钟取一个断面,是永远赶不上事故发展的速度的,因此我们是坚决不提倡,或者是我们要去支持电力系统响应的控制。

  通过直流输电和设备的快速调控优势,由预想场景式控制转变为特征响应式控制,优先实施全局性交直流协调控制。它有三个特点,就是协调、应变和连续性。

  我们也分别对协调、应变和连续性进行了一个解释。协调性就是交直流输电容量大,其扰动对电网的冲击大,靠本地的安全系统其控制效果有限,切基和切负荷的措施量大,通过广域信息实现各控制设备间的协调,通过转移调配功率替代或部分替代损失发电与负荷,提升控制性能和效果。应变性,是由预想场景式控制转变为特征响应式控制,实施安全稳定的高应变性柔性控制。

  我们提出一项技术,总要有它的技术基础。我们看一下现在国内的电网是不是具备了这样的基础。我们国内现在大量的应用FACES设备;另一个,我国的直流在世界范围内已经是应用最多的一个国家,这也为我们调配式的机制奠定了一个基础。第三个,我们国内WAMS的使用也是第一位的,也为我们将来动态性的监控提供了非常好的基础。所有这些都为我们将来实施安全稳定柔性控制,提供了一个非常好的物质基础。

  刚才谈了一下安全稳定柔性控制的理念,下面结合我们两年来对这项技术的研究和实施过程,给大家做一个展示。

  这个图是我们给出的安全稳定柔性控制系统结构设计示意图。跨大区的电网,有交流电的,有直流电的,可以通过稳定控制的疾控中心,作为它的一个神经大脑来整体指挥。有的是局部分析,有的是集中分析,通过分析之后我们得到是需要调配直流还是调配FACES呢?这是整个的一个流程图。这个图给出了安全稳定柔性控制器设计的理念图,包括各种类型的故障识别,包括多时间尺度广域控制目标的实现。

  另外我们还提出了安全稳定柔性控制不同的方案,包括集中协调控制方案,和分散协调控制方案。针对这两种方案,我们也分别针对华北、华中、华东这三个电网,通过仿真分析做过比较,这两种方案从时间控制来说也是可以完全满足要求的,因为我们现在的安控措施通常都是200毫秒到300毫秒之间控制的范围。我们采用这种控制措施,即使是在直流和FACES控制量不足的情况下,仍然可以满足安全控制的需求。

  我们再举几个具体应用的例子。第一个例子,就是当时德宝直流从西北送电到四川,它的容量大约是300万千瓦。一旦德宝直流闭锁之后,需要切除四川大约215万千瓦的负荷。但是我们通过在德宝直流闭锁之后,通过速降华中送华东直流功率140万千瓦,就可以保证四川的用电量。

  另外一个例子就是西北电网,我们知道西北在河西地区有大量的风电,这个风电规模已经接近1000万千瓦,接近一个三峡的规模。这个风电是通过双回750千伏的线路送入西北的主网。我们通过联调西北主网送入山东的直流,可以保证西北主网的安全稳定。

  所有大的交流电网互联之后,都会出现一个功率波动,不是低频振荡。这个功率波动的时间大约是分钟级的,功率波动的幅值是两端,波动越大幅值也就越大。这个幅值在华北-华中电网大约是30万-70万,我们发现通过直流联调,也可以很好的抑制;通过抑制,可以很好地提供电网稳定性。

  刚才我们通过需求,通过理念的解释,最后举一些实际的例子,大家一起来探讨我们提出的电力系统安全稳定柔性控制的技术。我们认为这项技术是智能电网技术的一项重要体现。第二个就是安全稳定柔性控制技术,将从不同的层面、不同的时间尺度,对电网的连续、平滑控制,使电力系统的运行更加柔性化、智能化,保证我们可靠的用电,保证我们不停电。因此我们说安全稳定柔性控制系统,可以提高电网的安全可好性。

  周凤起:这个专业性比较强,将来大家遇到这方面问题可以请教孙博士。非常感谢。



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