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5月22日,可再生能源并網全國重點實驗室主任、中國電科院總工程師王偉勝帶領團隊結合海上風電多頻率振蕩工程案例,完成了海上風電在正、負序不對稱控制下的寬頻振蕩抑制策略有效性驗證,為研究制定相關策略提供有力支撐。
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▲王偉勝開展海上風電機組并網控制策略研究
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王偉勝始終緊扣國家能源轉型戰略目標,深耕新能源并網控制技術近30年,專注于新能源安全并網和高效消納,是享受國務院政府特殊津貼專家,曾獲全國優秀共產黨員、國家電網公司特等勞動模范等榮譽稱號。在他的帶領下,團隊攻克了新能源大規模發展進程中的多項技術難題,參與建設了張北試驗基地,建成了國家電網數值天氣預報中心,破解了新能源并網寬頻振蕩難題,累計獲得國家科學技術進步獎二等獎6項、中國專利銀獎1項、省部級科技進步獎一等獎32項、中國標準創新貢獻一等獎2項,為我國新能源高效消納作出了系統性和創新性貢獻。
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篤行實干建設風電試驗檢測基地
1998年,王偉勝初入工作崗位,開始接觸風力發電。當時,我國風電事業尚處在起步階段,風電機組尚未實現產業化。在對我國能源行業和國外風電發展深入研究的基礎上,王偉勝敏銳意識到新能源發電將成為未來發展的主要方向:“無論中國當時風電規模多么弱小,但風電一定代表未來。”
2006年,《中華人民共和國可再生能源法》頒布實施,國內風電產業進入高速發展期,但當時的風電機組設計、制造、控制等關鍵技術還無法完全滿足安全并網需要,尤其是風電機組因不具備低電壓穿越能力而引發的脫網風險日益嚴峻。面對風電機組性能檢測需求量迅猛增長,且研發適用于我國國情的風電功率預測方法需要大量實驗數據支撐的情況,王偉勝下定決心,必須建立屬于我國自己的風電試驗檢測基地。
2008年,張北試驗基地規劃建設正式啟動。當時,國內風電機組機型有200余種,都需要進行檢測并收集相關數據。但基地規劃建設的風機機位只有30個,倘若每檢測一種機型就更換一次風機基礎,必然會造成巨大的浪費。基地建設不僅要突破技術難關,更要提升檢測效率。王偉勝團隊創新設計了“通用基礎、靈活切換的集電系統、高兼容數據采集”一體化方案,在國際上首次實現了風電試驗機位的重復利用,顯著提高了風電機組檢測效率。
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▲王偉勝(右一)與團隊成員討論新能源發電機組并網特性優化技術方案
2010年4月,張北試驗基地正式開工建設。王偉勝帶領團隊連續奮戰200多天,克服自然條件惡劣、時間緊任務重等困難,主持建成了世界上規模最大,唯一具備風電、光伏與儲能交/直流并網實證功能的張北試驗基地。
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此后三年,王偉勝帶領團隊依托張北試驗基地陸續完成我國45個整機制造商的132個型號、327項風電機組的并網性能試驗,累計開展試驗5000余次,所有量產機型基本都完成了低電壓穿越的試驗檢測,從根本上解決了我國風電發展初期因風電機組不具備低電壓穿越性能而導致的風電脫網問題,有力推動了我國新能源發電并網技術進步和產業升級。
開拓創新建立自主電力氣象預報體系
新能源發電功率受資源和環境等多種因素影響,規律難以把握。想要把新能源發電納入調度運行的發電計劃,新能源功率預測是基礎條件。
2008年前后,國內缺乏針對新能源預測所需時間尺度和空間尺度的精細化業務系統,預測能力不足。王偉勝帶領團隊從新能源場站的精細化功率問題入手,開啟了艱難的探索。他們不斷深入風電場現場調研走訪、采集數據、試驗模擬、分析討論,引入國外氣象預報數據,最終設計出適用于新建風電場的物理預測方法,創建工程化應用預測模型,建成國內首套風電功率預測系統,并在吉林電網示范應用,日前預測精度達到80%左右。
隨著功率預測結果應用的深入,王偉勝發現,引入的國外氣象預報數據無法適應我國復雜多樣的地形和氣候特征,必須建立屬于我國自己的數值天氣預報中心。
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▲王偉勝(左一)指導科研人員分析新能源功率預測結果
2011年,經過三年多技術攻關與跨專業協作,他們建成了面向電力氣象服務的專用“氣象臺”——數值天氣預報中心,有針對性地研發適合我國電力應用需求的天氣預報模型,并持續升級完善,實現了從“可用”到“好用、可靠”的技術跨越。
目前,省級新能源功率預測精度已由初期的80%左右提升至90%以上。這套風電功率預測系統也逐步升級為新能源功率預測系統、優化調度系統和生產模擬系統,在電力系統廣泛應用,為電網調度機構提供了更加準確可靠的新能源發電預測數據,有效提升了電網對新能源的接納能力和消納水平。
為應對極端天氣對電網的影響,2023年,王偉勝帶領團隊構建起公里級空間分辨率、分鐘級時間分辨率的精細化網格氣象預報防護網,深入探索凍雨、強對流等災害性天氣的電力設備致災機理,創建了洪澇災害電力設備風險量化預警模型,將極端氣象場景耦合至電力設備設施風險場景,獨創“3天風險預判+1小時精準定位”應急機制,有效提升電網在極端氣候下的韌性與安全防御水平。
矢志攻堅破解寬頻振蕩難題
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近年來,隨著新能源大規模并網,寬頻振蕩問題在不同國家和地區相繼發生。振蕩頻率覆蓋范圍廣、振蕩機理復雜、振蕩溯源困難,成為困擾行業的技術難題。
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從2012年起,王偉勝帶領團隊開啟了寬頻振蕩理論創新探索之路,系統攻關振蕩機理研究、分析方法設計、仿真平臺搭建、裝備研制等內容,全力破解寬頻振蕩治理難題。他帶領團隊堅守風電場、光伏電站一線,在無數次現場測試與數據分析中尋找規律。他們發現,傳統阻抗方法只適用于小規模、簡單場景,無法滿足成千上萬臺風機、光伏設備,以及交流弱電網、常規直流、柔性直流等多種新能源送出場景的需求。團隊建立了涵蓋風電、光伏、各類直流的頻率耦合阻抗模型,明晰寬頻振蕩的穩定判據,揭示出多種送出場景下新能源發電集群振蕩的產生和演化機理。
面對海量新能源機組控制“灰箱化”、仿真模型精度低的問題,2016年,王偉勝帶領團隊首創“現場試驗-控制在環-代碼封裝/結構化建模”的模型校核技術,將模型誤差降至國際標準的五分之一。在此基礎上,他們建立了千萬千瓦級新能源發電集群經多種送出場景的全電磁暫態仿真平臺,用于評估系統寬頻振蕩風險、復現振蕩過程、驗證抑制策略;研制了全球首套35千伏/40兆伏安寬頻阻抗測量裝備,測量精度超92.7%,用于精準測量設備阻抗特性,為寬頻振蕩抑制提供數據支撐。王偉勝帶領團隊將這些成果進行了總結提煉,系統性提出了“機理明晰、分析準確、抑制有效”的寬頻振蕩分析與抑制技術體系。
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▲王偉勝(右一)指導科研人員驗證新能源寬頻振蕩抑制策略
2021年7月,在張北柔直工程中都換流站,王偉勝團隊在國際首次實現柔直與新能源振蕩的現場在線復現與抑制。團隊采用阻抗建模、電磁暫態仿真與現場試驗相結合的手段,成功攻克負序超同步振蕩問題。此次試驗為100%新能源、高比例電力電子化電力系統的振蕩治理提供了理論和實踐經驗。
目前,新能源并網系統寬頻振蕩分析與抑制技術已在內蒙古、寧夏、陜西、云南等省份推廣應用。2023年,王偉勝主持編寫的《新能源并網系統寬頻振蕩分析與抑制》中英文版專著出版,向世界分享了我國新能源并網技術發展的寶貴經驗。
“電力科研工作要以國家能源戰略為指引,立足能源行業發展重大需求,圍繞一個科研方向做深做透,注重理論聯系實際。科研成果要經得起工程實踐的檢驗。”王偉勝說。作為一名電力科研工作者,他始終扎根新能源并網技術科研一線,讓理論研究和科研成果服務電網工程實踐,為鍛造能源領域國家戰略科技力量砥礪攀登。
內容來源:國家電網有限公司官方網站
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