砥砺十年 攀登新能源并网技术高峰——记国家科学技术进步奖二等奖项目“千万千瓦级风光电集群源网协调控制关键技术及应用”

　　2009年，甘肃酒泉获批成为世界首个千万千瓦级风电基地，距负荷中心远、集中并网规模大。如何安全、高效地进行大规模新能源基地的运行控制以及新能源的消纳与送出，成为当时的一个难题。

　　这个难题最终被国网甘肃省电力公司研发的“千万千瓦级风光电集群源网协调控制关键技术及应用”项目破解。该项目获得了2019年度国家科学技术进步二等奖。

勇担使命，启动新能源并网技术研究

　　甘肃风光资源丰富，风电、光伏发电基地东西跨越800千米，风电和光伏发电装机容量均位于全国前列。2009年，甘肃拉开了新能源发展的大幕，“十二五”期间，甘肃新能源发电装机年均增长率达到了62.87%。

　　在新能源快速发展的同时，甘肃省用电增速却放缓，电力供需矛盾突出；区域大气候和局部微气象错综复杂，区域一体化资源监测和发电能力评估技术尚属空白，风光电集群资源和电源特性难以精准掌握；风光电集群随机波动性强，配套火电装机少，灵活调节资源严重不足。这些问题极大制约了新能源电量消纳。

　　数据显示，电网传统控制方式难以适应新能源快速波动，源网调控矛盾突出，进而导致风电脱网事故频发，仅2011年就发生了100多次。

　　针对新能源基地存在的可控性不足、时空波动性和反调风等一系列难题，2009年，国网甘肃电力作为牵头单位，依托863计划、甘肃省及国家电网公司科技项目，联合清华大学、南瑞集团（时为国网电力科学研究院）、中国电力科学研究院等单位，组成产学研用相结合的科研团队，启动“千万千瓦级风光电集群源网协调控制关键技术及应用”项目，全力攻克大规模新能源运行控制与消纳等一系列技术难题。

勇于探索，新技术有效破解新能源消纳难题

　　项目第一完成人、甘肃电力科学研究院调研员汪宁渤介绍，项目的突破点在于研发了千万千瓦级风光电集群的预测评估、源源控制、网源控制、装备研制、系统集成等系列关键技术并示范应用，取得了4项创新性成果。

　　“新能源消纳的基础是对风光资源进行监测预测及状态评估。我们创新提出了考虑上下游效应的大规模风光资源可发电能力的‘时间-空间-特性’三维动态状态估计技术。”汪宁渤说。此项技术用最少的监测点对全域风光资源进行监测，构建了国内首套区域级风能检测一体化平台，首次实现了千万千瓦级风光电集群资源可发电量的精准评估。

　　由于风电和光伏发电具有波动性，需要和火电匹配才能进行并网。项目科研团队采用风光电源与常规电源正常状态有功-无功自适应和紧急状态相互协调的全场景源源控制方法，将地理上毗邻、特性上相关且拥有一个共同接入点的风电场、光伏电站集群进行一体化集中协调控制。

　　项目研发团队提出了预测型直流附加控制方法和涉网保护定值全局优化方法，实现多断面输电能力尽限利用，有效抑制了风光电外送通道无功大幅度波动和送端电网频率波动及弱阻尼振荡，提升了电网电压支撑能力。此外，该团队还研制了安全稳定控制一体化智能控制装置，建成的千万千瓦级风光电集群源网协调控制系统在河西走廊千万千瓦新能源基地成功应用。

　　2018年，项目研发团队积极申报2019年度国家科技进步奖。历经十年的产学研联合攻关终于收获了成果。

勇于实践，新能源控制技术从跟跑到领跑

　　“千万千瓦级风光电集群源网协调控制关键技术及应用”项目填补了国际千万千瓦级风光电集群源网协调控制技术的空白。项目成果入选国家发展改革委于2015年发布的《国家重点推广的低碳技术目录》，也是唯一入选2015年《国家重点推广的低碳技术实施指南》和2016年中美气候变化峰会成果展的新能源项目。

　　2015年年底，国网甘肃电力建成了世界上规模最大的风光集群控制系统示范工程，覆盖85座风电场、176座光伏电站、4座火电厂和1座特高压直流换流站。工程投运后，甘肃电网未发生大规模风光电脱网事故，2015年至2018年，风光电接纳能力提升了20%。

　　该项目也为风电场、光伏电站业主及各大发电集团带来了可观的经济效益，带动了风电机组和光伏组件厂商装备制造、新能源场站设计建设施工、新能源场站运行维护等上下游产业发展。

　　“该项目的创新性成果破解了大规模新能源并网运行的技术难题，提高了电网的新能源利用率，为我国风电、光电的集群建设起到引领示范作用。如今，项目成果已在我国31个省份应用，有力推动了我国新能源产业的健康发展和技术进步，实现了我国大规模新能源控制技术从跟跑到领跑的跨越。”汪宁渤自豪地说。

　　目前，该项目获中国发明专利115项、美国发明专利6项、计算机软件著作权51项。项目研发团队共发表论文112篇，其中SCI、EI论文70篇，出版国际专著2部、国内专著2部。

信息来源：国网甘肃省电力公司，国家电网报