7月的南京悶熱潮濕，而由南瑞集團主要負責(zé)人主抓的系統(tǒng)保護實驗室建設(shè)工作仍在馬不停蹄地推進。實驗室建成后，將具備大型控制系統(tǒng)閉環(huán)實驗檢測能力，有效支撐國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)保護項目建設(shè)。

未雨綢繆防患未然

在政府政策鼓勵下，電動汽車逐漸走向普通家庭，保有量持續(xù)增長。而電動汽車充電必須使用變流設(shè)備，將交流電轉(zhuǎn)換成直流電存儲在電池中。從電力系統(tǒng)的角度來看，變流設(shè)備屬于以電力電子元器件為主的電力電子設(shè)備。

“在用戶側(cè)，電力電子設(shè)備具有復(fù)雜頻率電壓的特性，部分設(shè)備在系統(tǒng)頻率降低時，其功率反而變大，進一步惡化了頻率波動，導(dǎo)致出現(xiàn)電網(wǎng)安全穩(wěn)定隱患。”負責(zé)實驗室技術(shù)研發(fā)的南瑞集團旗下企業(yè)國電南瑞穩(wěn)定公司高級工程師崔曉丹說。

而在發(fā)電端，新能源占比逐年提高。風(fēng)電、光伏同樣都依賴變流設(shè)備接入電網(wǎng)，容易形成影響電能生產(chǎn)、傳輸?shù)闹C波，暫態(tài)過程中頻率電壓超出設(shè)備耐受范圍，很容易脫網(wǎng)，引發(fā)電網(wǎng)安全事故。

“在電網(wǎng)‘強直弱交’背景下，除了電源結(jié)構(gòu)的變化和電力電子化特征帶來的問題，電網(wǎng)故障形態(tài)也發(fā)生著變化，容易放大和導(dǎo)致連鎖。”國電南瑞穩(wěn)定公司總工程師李碧君介紹說。他形容這像是電力系統(tǒng)的“蝴蝶效應(yīng)”，華東電網(wǎng)的一個小故障有可能引發(fā)幾千公里外西北電網(wǎng)的風(fēng)機大規(guī)模脫網(wǎng)。

系統(tǒng)保護目標是控制大電網(wǎng)安全運行風(fēng)險，這是覆蓋于特高壓交直流電網(wǎng)上的一個綜合二次控制系統(tǒng)，國內(nèi)外尚無建設(shè)實例。而建設(shè)系統(tǒng)保護實驗室的目的在于驗證系統(tǒng)保護是否精準可靠，能否確保電網(wǎng)安全萬無一失。

核心技術(shù)全力攻關(guān)

南瑞集團具有全套電工裝備產(chǎn)業(yè)鏈，并擁有智能電網(wǎng)保護和運行控制國家重點實驗室、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析與控制公司重點實驗室，為系統(tǒng)保護實驗室建設(shè)奠定了堅實基礎(chǔ)。“國家重點實驗室的先進成果可以提升系統(tǒng)保護實驗室技術(shù)水平，公司重點實驗室又能提升其實驗和檢測能力。反之，系統(tǒng)保護實驗室可以成為兩者的反哺平臺。”國電南瑞副總經(jīng)理羅劍波介紹，實驗室總投資接近3億元，按照功能布置分為5大區(qū)域，分別是電網(wǎng)穩(wěn)定特性模擬區(qū)、通信網(wǎng)絡(luò)模擬區(qū)、系統(tǒng)保護裝置區(qū)、系統(tǒng)保護在線監(jiān)測和分析區(qū)、系統(tǒng)保護培訓(xùn)區(qū)。他們共同構(gòu)成了系統(tǒng)保護實驗室環(huán)境。

羅劍波表示，模擬驗證的前提是仿真，將大電網(wǎng)“搬”到實驗室中來，這是沙盤推演的第一步。建模需要嚴謹、細心，仿真規(guī)模巨大，詳略程度取決于具體驗證需求。比如華東電網(wǎng)的建模重點在于西南三大特高壓直流線路，而數(shù)千條220千伏以上線路，則通過等值建模的方式簡化為幾百條。

這對實時數(shù)字仿真系統(tǒng)RTDS的規(guī)模提出要求。該系統(tǒng)是電力系統(tǒng)分析、保護和控制研究的專用平臺。系統(tǒng)保護實驗室將建成世界規(guī)模最大的RTDS系統(tǒng)，共計近50臺核心計算單元。通過這些設(shè)備可以實現(xiàn)電網(wǎng)故障特性的保全復(fù)現(xiàn)和跟蹤。“模型建成以后，可以推演故障發(fā)生原因，故障發(fā)生后系統(tǒng)保護能否正確動作。”羅劍波說。

實驗驗證成效初顯

3月20日~5月20日，南瑞系統(tǒng)保護實驗室團隊對華東電網(wǎng)頻率緊急協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行驗證。實驗投入百余套設(shè)備，通過數(shù)十個擾動場景模擬，驗證了系統(tǒng)升級后各項功能的有效性。

去年7月5日，華東電網(wǎng)頻率緊急協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)正式投運。運行半年后，結(jié)合實際運行情況，南瑞集團對系統(tǒng)進行了升級改造。由于技術(shù)復(fù)雜、涉及面廣，南瑞集團特別安排了系統(tǒng)實驗驗證以及實際演練。

5月24日，演練人工觸發(fā)錦蘇特高壓直流雙極閉鎖，直流功率損失303萬千瓦，直流閉鎖后，系統(tǒng)立即響應(yīng)，直流提升總量為67.7萬千瓦、抽蓄切泵202萬千瓦，切除江蘇負荷25.5萬千瓦。這與實驗驗證的67.7萬千瓦、202萬千瓦、26萬千瓦相差無幾。

無論是實驗還是演練，系統(tǒng)控制策略正確、執(zhí)行效果良好，有效檢驗了華東頻控系統(tǒng)的保護功能，有效保障了華東電網(wǎng)安全穩(wěn)定。

“電網(wǎng)建設(shè)像是一個搭積木的過程，不容易回頭。實際演練代價太大，一般不輕易實施。實驗室的沙盤推演可以花相對較小的代價實現(xiàn)演練的效果。”李碧君說，下一步，南瑞穩(wěn)定公司將進行建模的模塊化研究，提高復(fù)用性，提升工作效率。

目前，國家電網(wǎng)公司六大分區(qū)電網(wǎng)根據(jù)總體設(shè)計方案，形成了分區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)保護建設(shè)方案。系統(tǒng)保護的設(shè)計、投運以及投運后的故障回溯等都有賴實驗室支撐。該實驗室將于今年11月份完成改造裝修，明年年底全部建成。

原標題:南瑞集團加快特高壓電網(wǎng)系統(tǒng)保護實驗室建設(shè)