“十三五”电力规划中新能源大规模外送的安全问题分析

“十三五”电力规划中新能源大规模外送的安全问题分析

曹春敏

(海南州金元北方新能源有限公司青海810000)

摘要：“十三五”期间国家科学推进远距离、大容量电力外送,特高压快速发展,《电力发展“十三五”规划》中提及的东北扎鲁特—山东及华北胜利—锡盟特高压外送工程等都为重要的电力外送通道,规划中的电网格局将出现大规模汇集电力通过直流送出、大规模新能源接入及交直流并列运行等特征,直流输送容量的提升将给电网安全稳定带来新的挑战和问题。依托国家电网仿真中心,从特高压交直流大规模电力外送的暂态稳定性方面进行安全稳定校核,剖析大规模电力外送给电网所带来的一系列新问题,提出可能的应对措施,有效解决国家电网“十三五”规划电网中大规模电力外送通道面临的主要安全稳定问题。

关键词：“十三五”规划;新能源;大规模电力外送;安全稳定;

引言：“十一五”、“十二五”期间,中国电力工业取得了快速发展,装机容量迅速提升。根据《电力发展“十三五”规划》,到2020年,非化石能源发电装机达到770GW左右,比2015年增加250GW左右。风电新增投产79GW以上,太阳能发电新增投产68GW以上,到2020年全国煤电装机规模力争控制在1100GW以内[1]。中国风电和太阳能资源主要集中在西北部地区,但当地经济欠发达,消纳能力不足。而中东部地区国民经济持续快速发展,能源产地与能源消费地区之间距离越来越大,使得中国能源配置的距离、特点和方式都发生了变化,决定了能源和电力跨区域大规模流动的必然性。可再生能源集中大规模发展需要借助跨区输电通道。特高压直流定位于大型能源基地(西南水电基地、“三北”煤电及风电基地等)的远距离(大于1100km)、大容量外送,成为缓解中国能源资源与经济布局矛盾的重要途径[2,3,4]。特高压直流输电工程在建设运行期间也可能产生一定的问题:(1)对于交直流并列运行情况,由于交流输电能力不足,直流故障后的大规模潮流转移将给系统带来不能承受的冲击。(2)根据《国家能源局关于进一步调控煤电规划建设的通知》,准东、宁东、上海庙和榆横煤电基地输电外送通道配套火电项目的投产规模在2020年底前要控制在规划规模的一半以内,锡盟输电通道配套火电项目投产规模2020年底前要控制在7300MW以内。直流送端换流站电压支撑减弱、网络汇集外送电力和大规模新能源集中接入将导致直流故障后带来的过电压问题和风机高电压脱网等问题。(3)现有安全稳定导则与计算标准仅考虑了直流系统单、双极闭锁故障形态,而实际直流发生故障情况与相关仿真分析表明,随着直流输送容量的增大,直流连续换相失败、再启动、直流速降对电网稳定性影响加剧。因此,“十三五”期间,中国电力系统的安全稳定面临更大的挑战。

一、“十三五”新能源及外送通道规划

根据《电力发展“十三五”规划》,“十三五”期间电力外送统筹送受端需求,跨区送电具有可持续性,满足送受端地区长远需要,促进可再生能源消纳,确保电网安全。重点实施大气污染防治行动12条输电通道,建成东北(扎鲁特)送电华北(山东)特高压直流输电通道,解决东北电力冗余问题,依托扎鲁特外送通道及其配套工程,进一步优化三省一区内部电网结构。依托在建大气污染防治行动计划特高压输电工程,初步形成两横两纵的1000kV交流特高压网架。

关于新能源消纳,筹划外送通道,增强资源配置能力,依托电力外送通道,有序推进“三北”地区可再生能源跨省区消纳40GW,存量优先[1]。其中,可再生能源通过各输电通道跨区消纳方案为扎鲁特—山东6000MW、锡盟—泰州7000MW、山西—江苏8000MW、酒泉—湖南9500MW、哈密—郑州9250MW、准东—皖南7700MW以及高岭背靠背2000MW。由于扎鲁特直流输电通道为无直流配套电源采用网络汇集电力模式、锡盟电力外送通道为拥有大量配套电源交直流并列外送模式,作为具有代表性的输电工程用以分析电力大规模外送安全稳定问题。

(1)扎鲁特—山东特高压直流输电通道。

“十三五”期间,仅考虑核准与路条装机时,预计东北电网仍将存在较多盈余电力。东北地区风能资源非常丰富,潜在开发量756.92GW。结合国家电网特高压交直流建设,新建扎鲁特—山东±800kV特高压直流输电工程,输送容量10000MW,既满足山东电网负荷增长的需要,为山东省持续快速经济发展提供电力保证,也可以将东北地区优质的风能资源外送,有效提高地区风电机组利用小时数,促进清洁能源的健康发展。

(2)锡盟特高压外送工程。

锡盟地区煤炭资源和风能资源丰富,是中国重要的能源基地,综合煤水资源,锡盟能源基地可支撑新增煤电超过50000MW。锡盟外送风电主要考虑规划的镶黄旗等13个百万千瓦级风电基地,规划总容量约20000MW。为满足锡盟地区电力外送要求,满足京津冀鲁等电网电力需求,节约线路走廊,结合特高压骨干电网的建设,锡盟特高压外送工程近期通过胜利—锡盟—山东特高压交流、锡盟—泰州特高压直流对锡盟能源基地电力进行外送。锡盟—泰州±800kV特高压直流工程输送容量10000MW,线路1620km,计划2017年投产。

二、“十三五”期间大规模电力跨区输送,规划电网将面临诸多问题与挑战,需进一步研究并落实相应对策。

(1)针对能源基地大规模外送模式,“强直弱交”

强直弱交是限制通道外送能力的主要问题,构建“强交强直”的电网格局,使交流电网的输电能力与大容量直流相匹配以提高配套有大量电源的交直流并列系统安全稳定性。

(2)大规模的电力外送

大规模电力通过网络汇集方式由特高压直流外送,将面临直流故障后工频过电压不满足标准,采用配置适当容量的动态无功补偿装置可改善直流送端换流站短路容量不足、抗电压波动能力差的问题。

(3)提高电压耐受力

建议直流送端风电机组高电压耐受能力提高到1.300p.u.,推动风电场接入电网高电压穿越技术标准修订,以解决直流缺少电源支撑、故障后工频过电压导致风机大范围脱网的问题。

(4)虚拟技术的使用

虚拟同步发电机技术可以作为潜在的技术措施,以解决新能源接入通过大规模直流外送引起的安全稳定问题。

总结：中国的新能源利用技术仍需加强，在运输的安全稳定方面扔存在不少的问题，要结合先进的技术，促进中国新能源的使用。

参考文献:

[1]覃琴,郭强,周勤勇,等.国网“十三五”规划电网面临的安全稳定问题及对策[J].中国电力,2015,48(1):25-32.QINQin,GUOQiang,ZHOUQinyong,etal.Thesecurityandstabilityofpowergridsin13thFive-Yearplanningandcountermeasures[J].ElectricPower,2015,48(1):25-32.

[2]高超,周勤勇.扎鲁特—山东±800kV特高压直流送端电压稳定及控制方案研究[R].北京:中国电力科学研究院,2015.

[3]高超,周勤勇.锡盟特高压外送工程送端系统安全稳定性研究[R].北京:中国电力科学研究院,2015.

[4]刘振亚,张启平,王雅婷,等.提高西北新甘青750kV送端电网安全稳定水平的无功补偿措施研究[J].中国电机工程学报,2015,35(5):1015-1022.LIUZhenya,ZHANGQiping,WANGYating,etal.Researchonreactivecompensationstrategiesforimprovingstabilitylevelofsending-endof750kVgridinnorthwestChina[J].ProceedingsoftheCSEE,2015,35(5):1015-1022.