3月初，国网冀北电科院牵头完成的“大规模风电汇集电网三相不平衡和谐波分析与治理关键技术”成果顺利通过中电联组织的视频鉴定会。专家一致认为，项目研究成果整体达到国际先进水平。据悉，这将有助于解决大规模风电汇集电网的电压不平衡和谐波问题，助力新能源并网消纳。
大规模开发、远距离输送
电压不平衡问题突出
以风电、光伏为代表的新能源，历经十年跨越发展，迅速完成了从补充性能源到替代能源的转变。“高比例、强随机、小容量的新能源机组集中接入弱电网，给电网安全稳定运行带来了巨大挑战。”国网冀北电科院智能电网与新能源研究所高级工程师陈璨认为，“三北”地区是全国风光资源富集地区，“三华”是负荷集中地区，冀北电网地处华北电网核心，风电运行具有典型性。
“截至2019年12月，冀北电网并网容量已达1409万千瓦，占比居各省级电网之首，由于风电普遍采用‘大规模集中式开发，高电压远距离输送’的开发模式，电压不平衡问题较为突出。”陈璨表示，近年来随着风电和电气化铁路的快速发展，出现了电铁牵引站和新能源汇集站同站或近站接入的情况，电铁负荷的接入恶化了大规模风电汇集电网的电压不平衡和谐波等电能质量指标。
以冀北电网为例，冀北电网风电主要汇集的张家口、承德地区同时是大秦铁路、张唐铁路、京张高铁等电气化铁路穿越区域，张家口沽源地区电压不平衡度常年高达3%，超过了国标中关于电网电压不平衡度长时间不超过2%的规定，部分风电场频繁发生风电机组因电压不平衡造成的变流器故障而脱网。
产学研攻关、综合治理措施
保障风电汇集电网安全运行
“开展大规模风电汇集电网三相不平衡和谐波分析及治理技术研究，阐明现象机理并探索可行的解决方案，是提升电网电压品质和新能源运行水平的重要手段。”陈璨表示，目前新能源汇集电网面临的三相不平衡及谐波的表征形式、产生机理及诱因与传统电网差别较大，相关成熟技术不完全适用。
据悉，为了解决大规模风电汇集电网的电压不平衡和谐波问题，国网冀北电科院组建了产学研联合攻关团队，联合北京交通大学、中国农业大学、华北电力大学、新疆金风科技股份有限公司、国电南瑞科技股份有限公司、国网山东省电力公司电力科学研究院和国网冀北电力有限公司承德供电公司进行技术攻关，深入研究了大规模风电汇集电网三相电压不平衡机理，分析了电铁负荷接入后与大规模风电汇集电网的交互影响，从风电机组、电铁牵引站、电网三方面提出了电压不平衡与谐波的综合治理措施，有效保障了复杂电能质量环境下风电汇集电网的安全运行。
全国范围推广、经济效益显著
优化电铁牵引站选址
据悉，该项目成果已应用于冀北电网和山东电网，完成了64座风电场电能质量评估和5座风电场的电压不平衡和谐波治理，研发的风电机组变流器综合控制技术已经通过金风、南瑞等国内主流风机和变流器厂家向全国范围内推广，累计新增销售额9850.42万元，经济社会效益显著。
“通过阐明风电汇集地区电压不平衡的机理，解决了长期困扰张家口、承德电网运行人员电压不平衡机理不清的难题，提高了电网安全运行水平。”陈璨向记者介绍道，目前，所提出的基于动态无功补偿装置分相调节和三相无功潮流优化的系统级电压不平衡控制策略应用于承德木兰风电汇集系统，大风工况下木兰站电压不平衡度由2.44%降为0.4%以下。
资料显示，项目形成了风电汇集电网电能质量综合提升的技术方案，于2018年初应用于张家口察北地区和承德木兰地区的电压不平衡及谐波治理。察北站下风电场装机容量为898MW，木兰站汇集风电1349MW，根据原来的脱网规律，按照每年脱网约5次，每次停电24小时计算，2018年-2019年两年通过减少脱网而增发的电量约1.2亿千瓦时，可降低二氧化碳减排放30万吨。
此外，该项目还完成了大秦、张唐电铁穿越区域4座牵引站、3座变电站、1座风电场共计15次电能质量实测，累计测试时长580小时。研制的三相对称电力电子牵引站拓扑已完成45kVA容量样机试验，给出了电铁牵引站与新能源场站临界电气距离量的定量计算方法，可用于指导电铁牵引站选址优化。
