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牧风者记年度国家科技进步奖二等奖获得者东北(2)
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摘要:世纪之交,随着环境和能源问题的日益凸显,可再生能源的开发,尤其是风力发电技术越来越被世界各国政府所重视。1996年,我国政府就制订了《乘风计
世纪之交,随着环境和能源问题的日益凸显,可再生能源的开发,尤其是风力发电技术越来越被世界各国政府所重视。1996年,我国政府就制订了《乘风计划》,旨在鼓励提高中大型风力发电机制造技术和国产化率。大力发展风电已成为实现我国能源低碳供给的重要举措,同时也是治理雾霾和应对气候变化的国家重大需求。我国风电装机连续6年居世界首位,到目前为止,已规划8个千万千瓦级风电基地建设已取得重大突破,已建成多个超千万甚至超2000万千瓦的大型风电基地,形成了特有的“规模化开发、集中外送”风电发展模式。
前所未有的风电规模和前所未有的开发模式也面临新的挑战。风电在部分地区的集中高速发展带来电网建设和运行的新问题,导致严重的弃风,一些大型风电基地弃风达30%以上。2016年,全国弃风电量497亿千瓦时,超过风电发电总量的20%。大量严重弃风阻碍了风电的健康发展,引发政府和社会的广泛关注。多措并举破解风电联网难题,对推进能源低碳化、治理环境污染具有重要意义。
在穆钢看来,大风电场群多时空尺度功率波动的复杂性及其给电网规划和运行带来的不利影响是挑战的核心,需从规划、调度和安全分析等层面入手解决大风电场群高渗透率联网的突出问题。为此,从2006年起,他就带领团队潜心探索,不断创新,依托国家自然科学基金重点项目、国家“863”计划项目和国家电网公司科技项目,从大规模风电外送输电规划、电网调节能力扩展和机群脱网防御三方面开展系统研究,取得了多项创新成果和关键技术突破。
大规模风电与传统大电源基地一样依赖输电通道联网,外送通道输电能力不足是导致大量弃风的主要原因之一。因为风电功率自身具有波动性和低密度特性,沿用传统电源基地外送输电规划方法将造成输电投资的巨大浪费,而降低输电容量又面临着弃风的风险。急需研究一种适用于大规模风电基地外送通道的输电规划方法。
为此,穆钢研究揭示了风电场群长期功率波动的“汇聚效应”及其时空演变规律,建立了定量描述和预测方法;创建了基于风电汇聚效应优化源网综合收益的大风电场群联网输电规划新方法,开发了风电联网输电规划平台。新规划方法在满足风电送出的条件下,比传统规划方法显著降低输电投资,提高输电资产的收益和利用率。应用于我国主要风电基地的吉林、宁夏大风电场群联网规划,节省超高压输电线路938千米,降低输电投资54亿元,输电资产全周期收益由45.2亿元提高到98.9亿元(增119%),输电资产利用率提高44%。该成果获吉林省科技进步奖一等奖。
与此同时,他还创建了储能规划关键技术,揭示了弃风与电网调节能力不足的定量关系,构建了旨在降低弃风的一体化调节能力扩展规划方法。他首次提出了风电运行可行域识别及风电超限事件定量表征方法,创建了以减少弃风损失为目标的一体化储能扩展规划方法,通过储能的整体规划实现了对弃风损失的最大缩减;提出储能系统尽限利用策略,显著提升储能的利用效能/储能规划系统应用于辽宁电网,规划建设的4座储能电站已投入运行,实现了储能总量扩展和空间布局的优化,近3年减少弃风9.7亿千瓦时,减少弃风损失63%。
不仅如此,针对风电机群大面积脱网问题,穆钢带领团队通过不懈探索也取得了巨大突破。近年来,我国双馈风电机群大面积脱网事件时有发生,不仅导致风电中断,还给电力系统带来冲击。以往国内外研究主要聚焦在电网低/高电压扰动引发的机群大面积脱网(同时脱网),提出了基于低电压穿越改造的脱网防御措施,取得了一定成效。但电网低/高电压扰动掩盖了机组发电功率对机群脱网的影响,使得机组经低电压穿越改造后仍有一些全场脱网事件发生,已有的分析方法无法解释,该如何解决?
在大量的分类论证过后,穆钢带领团队首次揭示了近满载工况下风电机群非低电压连锁脱网机理,创建了时序离散化的连锁脱网过程反演方法,填补了风电机群脱网机理与计算方法的空白;提出了风电机群脱网分类方法,丰富了脱网分析理论体系;构建了连锁脱网防范策略,研发了多级无功电压协调控制系统,解决了风电机群大面积脱网防御的难题,成果应用于72个风电场,杜绝了脱网事故及其停电损失,降低了电力系统的运行风险。
“大规模风电联网高效规划与脱网防御关键技术及应用”项目成果有力推动了风电联网领域的科学技术进步,经中国电机学会鉴定:整体成果达到国际领先水平。
文章来源:《中国电力教育》 网址: http://www.zgdljyzz.cn/qikandaodu/2021/0622/1664.html