隨著新能源的迅速發(fā)展和并網比例的不斷提高，國家電網有限公司持續(xù)開展相關技術創(chuàng)新，提升電網高比例接入新能源時的安全穩(wěn)定運行水平。日前，國網青海省電力公司新能源電力系統協同自律調控關鍵技術及應用項目獲得2018年青海省科學技術進步一等獎。這是我國新能源電力系統調控理論和關鍵技術研究取得的又一重大突破，也是公司推動清潔能源可持續(xù)發(fā)展和能源轉型的有益實踐。

能源大視野

“經測試，被測逆變器響應時間和控制精度符合測試標準，可以進行其他單元程序升級?！?月15日，青海省光伏發(fā)電并網技術重點實驗室試驗人員楊立濱在協合德令哈光伏電站對逆變器和功率控制系統升級改造，改造后電站主動支撐能力提升，將顯著提升該站運行效率和經濟效益。這是國網青海省電力公司新能源電力系統協同自律調控關鍵技術及應用項目研究的一項成果。

依托富集的風光水資源優(yōu)勢，近年來，青海新能源迅猛發(fā)展。截至2018年年底，青海并網新能源裝機達到1228.9萬千瓦，占全省電網總裝機的43.9%，新能源年發(fā)電量達到168.57億千瓦時。隨著風力、光伏發(fā)電大規(guī)模集中并網，新能源電源在電力系統中的占比持續(xù)增加，給電源側發(fā)電控制和電網側調度控制帶來壓力和挑戰(zhàn)。

為攻克清潔能源高比例電網的高效智能調控技術難題，2010年以來，國網青海電力聯合清華大學、青海大學、國家電投集團、黃河水電、北京科東開展新能源電力系統協同自律調控關鍵技術及應用項目研究。經過8年研究應用推廣，近日，該項目獲得2018年青海省科學技術進步一等獎，項目成果經鑒定整體達到國際領先水平。

主動支撐 實現網源友好互動

新能源具有隨機性、波動性強的特性，如何讓電源側出力更穩(wěn)定、調度控制更具前瞻性、源網協同互動更具互動性，成為實現新能源發(fā)電高比例消納亟待解決的問題，也是國內外清潔能源研究領域面對的共同難題。“挑戰(zhàn)在于通過進一步優(yōu)化控制策略，讓電源側出力更穩(wěn)定、協調性更強，具備廣域控制和主動支撐的能力。這樣的研究幾乎沒有可借鑒的經驗，我們當時只能‘摸著石頭過河’?！鼻嗪ｋ娍圃焊痹洪L張海寧介紹。

2011年起，國網青海電力研究團隊針對光伏電站監(jiān)控系統及發(fā)電設備自動化監(jiān)控功能，實施場站軟硬件設備全面改造，建成了技術領先的光伏發(fā)電控制系統，實現了電站在線監(jiān)控，在全省集中式并網光伏電站100%覆蓋。

為進一步提升新能源電站快速響應能力，2013年，國網青海電力牽頭申報了“風、光、水、氣多種能源發(fā)電聯合運行控制關鍵技術及示范”國家科技支撐及多個省部級科技項目，組建了“產學研用”一體化科技攻關團隊，改造升級光伏發(fā)電控制系統，建成光伏電站有功及無功功率控制系統。

2016年，在原有系統基礎上，針對風電和光伏電站主動支撐能力不足問題，攻關團隊進一步應用虛擬同步技術，建立系統控制策略和技術模型，采用光伏+儲能模式組成虛擬同步單元，用于平抑光伏出力波動。

“為了驗證控制策略和模型，我們在格爾木50兆瓦光伏電站增加了18兆瓦時儲能環(huán)節(jié)，經測試，虛擬同步技術的引入使光伏和風機具備了類似水電的穩(wěn)定支撐能力?！鼻嗪Ｇ鍧嵞茉窗l(fā)展研究院副主任李春來介紹。

應用虛擬同步技術對光伏電站實施改造后，電站功率響應等核心指標達到國內先進水平。據中廣核太陽能共和有限公司技術經理楊振武介紹，改造后平均每年光伏發(fā)電量提升3%以上，相當于多產生100多萬元的經濟效益。

優(yōu)化調控 最大化消納新能源

“十三五”以來，青海光伏發(fā)電以平均每年160萬千瓦的速度有序增長。大規(guī)模風光發(fā)電機組并網對傳統調度控制系統智能調度和靈活控制帶來的挑戰(zhàn)日益凸顯，電網對風光新能源電量的消納接納能力受限。

“要提高電網新能源消納能力，核心就是采用更智能的決策方法和調控技術，減少新能源發(fā)電的不確定性因素，達到發(fā)電企業(yè)和電網企業(yè)利益最優(yōu)，實現清潔能源最大化消納?！鼻嗪ｋ娍圃弘娋W技術中心主任宋銳介紹。

2014年，國網青海電力成立青海省光伏發(fā)電并網技術重點實驗室，全面主攻并網技術存在的瓶頸。期間，科研團隊反復召開專題會研究論證，強化與電力調度控制中心縱向協同，對青海100余座新能源電站開展并網測試和數據調研，查閱近500萬字的國內外文獻資料，為下一步應用奠定了理論和技術基礎。

2016年，項目團隊首次將博弈理論應用到電力工程領域，將“人-人合作競爭格局”轉化為“人-自然合作競爭格局”，將清潔能源消納難題轉化為傳統數學規(guī)劃求解，通過Nash均衡原理保證了發(fā)電企業(yè)、電網企業(yè)等參與方效益最優(yōu)，為智能調控提供了決策參考的理論依據，并創(chuàng)立基于工程博弈論的電力系統優(yōu)化決策方法體系。

與此同時，在調控技術層面，研究團隊引入以魯棒優(yōu)化調度模型為基礎的決策方法，提升了新能源輸送通道的最大消納量。優(yōu)化機組組合、實時調度策略，以5分鐘為周期在線修正機組出力方案，預測精度不斷提高，不確定性逐漸降低，棄風棄光顯著減少，同時保證了電網消納安全性，合理平衡了經濟性和環(huán)保性。

研究突破促進了技術應用，2016年科研團隊建成了光伏發(fā)電魯棒調度與柔性控制一體化調控平臺，同步推動具有自主知識產權的系列新能源發(fā)電核心技術裝備和產品制造。平臺投入運行后，電源側執(zhí)行響應速度從5秒提高至2秒，同時增強了電網適應性和抗干擾能力，實現了青海大規(guī)模新能源最大化消納，支撐了源網協同友好互動運行。

產業(yè)化應用 各方面效益顯著

2018年6月20日至28日，青海實現連續(xù)9天216小時全部使用清潔能源供電。期間，新能源電力系統協同自律調控技術作為關鍵技術之一得到了有效驗證。該技術通過快速判斷電網運行狀態(tài)并給出優(yōu)化調度方案，有力確保了“綠電9日”期間水、風、光多能互補和源網荷互動。

經過多年創(chuàng)新研究，目前，項目獲得發(fā)明專利25項，已授權15項，授權軟件著作權7項；編制地方標準1項、企業(yè)標準1項；發(fā)表論文64篇，其中SCI期刊收錄27篇；出版學術專著2部。相關成果獲“中國百篇最具影響優(yōu)秀國內學術論文”獎勵，多位項目完成人入選“青海省高端創(chuàng)新人才千人計劃杰出人才”“青海省高端創(chuàng)新人才千人計劃拔尖人才”“青海省自然科學與工程技術學科帶頭人”等名單。

同時，項目成果已轉化為產品進入產業(yè)化推廣，在青海省150余座新能源電站得到廣泛應用。這些電站裝機容量超過540萬千瓦，近三年消納新能源發(fā)電約300億千瓦時，新增產值約3.5億元。此外，項目成果還在寧夏、新疆、山西等多個省區(qū)推廣應用。近年來，青海地區(qū)光伏消納率不斷提升，持續(xù)保持國內領先，取得了良好的社會、經濟和環(huán)境效益，推動了青海地區(qū)清潔能源的高效消納和生態(tài)保護。

未來，為支撐青海清潔能源示范省建設深入推進，以風光水熱儲為主的清潔能源電源格局將逐步形成。針對多場景、多主體的產業(yè)利益訴求，國網青海電力將落實公司“三型兩網、世界一流”戰(zhàn)略目標，持續(xù)深化項目研究，進一步推動成果在更大范圍推廣應用，提升電網資源優(yōu)化配置能力和多能源互補協調運行水平，將單一的“源隨荷動”模式轉化為源網荷儲協同互動模式，為推動國家清潔能源示范省建設開展有益實踐，提供堅強支撐。