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特高压电网:风险超出想象 安全尽在掌握

来源:科技日报 作者:瞿剑 2017-04-28 14:05:50
  我国特高压交直流电网建设,始终在争议声中前行。争议的中心之一,是特高压技术的安全性。

  国家电网目前累计建成“六交五直”、在建“三交六直”特高压工程,我国在世界上率先进入特高压交直流互联电网时代。特高压交直流互联电网的技术风险,其实超出当年反对者的想象;但我国在电力系统控制和电工技术、装备研究开发领域的突破,更超出大多数人的预期。27日在京举行的第五届中国电力发展和技术创新院士论坛上,中国电力科学研究院总工程师汤涌对此作了迄今最为系统的解读。

  基本格局:交直流互联与新能源占比增大叠加

  作为2016年度国家科技进步一等奖“互联电网动态过程安全防御关键技术及应用”首席科学家,汤涌在技术上如此定位国家电网——“世界上唯一同时运行特高压交直流的电网”。他介绍,其中,直流输电容量占世界总容量的46%,跨区跨省输电能力超过1.6亿千瓦,“特高压交直流互联电网、电力大规模跨区输送已成国家电网典型特征”。

  同时,“十二五”期间,风电装机年均增长33%,太阳能发电装机年均增长178%,我国已是世界第一风电和太阳能装机大国。“三北”(东北、华北、西北)地区,风电装机比例超过15%,已成为这些地区的第二大电源;其中从西北的甘肃、青海、宁夏,新能源发电已超过50%。

  交直流互联与新能源占比增大叠加,这就是当前电网与电源结构不断调整的基本格局。

  三大挑战:局部故障转变为系统性连锁故障

  由此,“电网特性发生了深刻而复杂的变化”,局部故障逐渐转变为系统性连锁故障,系统性安全(大停电)风险显著增大。非当初特高压反对者基于超高压电网所能想象。

  汤涌归纳电网安全面临“前所未有的挑战”,主要有三点:电力电子特征凸显,连锁故障风险增加,多时间尺度动态过程相互影响,稳定形态更加复杂,仿真分析难度加大;故障对互联电网联络线的冲击日趋严重,功率波动引发全网连锁故障风险显著增大;受电源结构深刻变化影响,受端电网电压稳定问题日益突出。

  他解释,以挑战二为例,故障对互联电网的薄弱环节——联络线的功率冲击日趋严重。如四川到华东的宾金直流,发生闭锁同时换相失败,会产生800万千瓦功率冲击,是常规直流的3—4倍;直流换相失败还要多次再启动,会产生2100万千瓦瞬时功率冲击和800万千瓦反复功率冲击,对华东电网造成很大风险。

  超算仿真:重现过程还要解决“为什么”和“怎么办”

  如何应对挑战?汤涌给出三大技术措施:掌握电网特性的仿真分析技术,互联电网联络线功率分析与控制,受端电网电压稳定评估与控制技术。

  汤涌表示,现代电网可说是最复杂的人造系统,“比登月还要复杂”。要掌握这么复杂的东西,光靠经验是不够的,“不能把未来电网安全构建在经验基础上,而是要去验证它”。所谓验证,就是仿真,“因为电网是一个实时运行系统,是不能停的”,只能仿真验证。

  为此,建立了国家电网仿真中心,由数模混合仿真实验室、超级计算中心、多时间尺度仿真软件、国家电网仿真计算数据中心四部分组成。其中的超级计算中心,核心设备是曙光超算机群,共有810台服务器,近24000个计算核心,理论峰值计算能力超过每秒900万亿次,是世界首个电力系统专用的超算中心,具备海量的电网仿真计算能力。比如,使用国家电网2016年方式计算数据,9000个仿真作业只需30分钟就能完成全部计算,和台式机相比计算速度提升3000倍以上。

  但他同时强调,仿真只是重现系统的动态过程,并不能解决“为什么会这样”和“应该怎么办”的问题。目前,这些还要靠专家“人工经验”来决策,这就有赖于智能仿真分析,即仿真算得准算得快之外,还要对计算结果作智能分析,做到运行方式智能生成,稳定特性智能分析,安全稳定措施智能决策,避免安全稳定控制措施失效的风险,防止大面积停电。
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