特高壓電網(wǎng)：風險超出想象 安全盡在掌握
來源：科技日報 | 0評論 | 5471查看 | 2017-05-01 20:02:11
我國特高壓交直流電網(wǎng)建設，始終在爭議聲中前行。爭議的中心之一，是特高壓技術的安全性。
國家電網(wǎng)目前累計建成“六交五直”、在建“三交六直”特高壓工程，我國在世界上率先進入特高壓交直流互聯(lián)電網(wǎng)時代。特高壓交直流互聯(lián)電網(wǎng)的技術風險，其實超出當年反對者的想象；但我國在電力系統(tǒng)控制和電工技術、裝備研究開發(fā)領域的突破，更超出大多數(shù)人的預期。4月27日在京舉行的第五屆中國電力發(fā)展和技術創(chuàng)新院士論壇上，中國電力科學研究院總工程師湯涌對此作了迄今最為系統(tǒng)的解讀。
基本格局：交直流互聯(lián)與新能源占比增大疊加
作為2016年度國家科技進步一等獎“互聯(lián)電網(wǎng)動態(tài)過程安全防御關鍵技術及應用”首席科學家，湯涌在技術上如此定位國家電網(wǎng)——“世界上唯一同時運行特高壓交直流的電網(wǎng)”。他介紹，其中，直流輸電容量占世界總容量的46%，跨區(qū)跨省輸電能力超過1.6億千瓦，“特高壓交直流互聯(lián)電網(wǎng)、電力大規(guī)模跨區(qū)輸送已成國家電網(wǎng)典型特征”。
同時，“十二五”期間，風電裝機年均增長33%，太陽能發(fā)電裝機年均增長178%，我國已是世界第一風電和太陽能裝機大國?！叭薄保|北、華北、西北）地區(qū)，風電裝機比例超過15%，已成為這些地區(qū)的第二大電源；其中從西北的甘肅、青海、寧夏，新能源發(fā)電已超過50%。
交直流互聯(lián)與新能源占比增大疊加，這就是當前電網(wǎng)與電源結構不斷調整的基本格局。
三大挑戰(zhàn)：局部故障轉變?yōu)橄到y(tǒng)性連鎖故障
由此，“電網(wǎng)特性發(fā)生了深刻而復雜的變化”，局部故障逐漸轉變?yōu)橄到y(tǒng)性連鎖故障，系統(tǒng)性安全（大停電）風險顯著增大。非當初特高壓反對者基于超高壓電網(wǎng)所能想象。
湯涌歸納電網(wǎng)安全面臨“前所未有的挑戰(zhàn)”，主要有三點：電力電子特征凸顯，連鎖故障風險增加，多時間尺度動態(tài)過程相互影響，穩(wěn)定形態(tài)更加復雜，仿真分析難度加大；故障對互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)絡線的沖擊日趨嚴重，功率波動引發(fā)全網(wǎng)連鎖故障風險顯著增大；受電源結構深刻變化影響，受端電網(wǎng)電壓穩(wěn)定問題日益突出。
他解釋，以挑戰(zhàn)二為例，故障對互聯(lián)電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)——聯(lián)絡線的功率沖擊日趨嚴重。如四川到華東的賓金直流，發(fā)生閉鎖同時換相失敗，會產生800萬千瓦功率沖擊，是常規(guī)直流的3—4倍；直流換相失敗還要多次再啟動，會產生2100萬千瓦瞬時功率沖擊和800萬千瓦反復功率沖擊，對華東電網(wǎng)造成很大風險。
超算仿真：重現(xiàn)過程還要解決“為什么”和“怎么辦”
如何應對挑戰(zhàn)？湯涌給出三大技術措施：掌握電網(wǎng)特性的仿真分析技術，互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)絡線功率分析與控制，受端電網(wǎng)電壓穩(wěn)定評估與控制技術。
湯涌表示，現(xiàn)代電網(wǎng)可說是最復雜的人造系統(tǒng)，“比登月還要復雜”。要掌握這么復雜的東西，光靠經(jīng)驗是不夠的，“不能把未來電網(wǎng)安全構建在經(jīng)驗基礎上，而是要去驗證它”。所謂驗證，就是仿真，“因為電網(wǎng)是一個實時運行系統(tǒng)，是不能停的”，只能仿真驗證。
為此，建立了國家電網(wǎng)仿真中心，由數(shù)模混合仿真實驗室、超級計算中心、多時間尺度仿真軟件、國家電網(wǎng)仿真計算數(shù)據(jù)中心四部分組成。其中的超級計算中心，核心設備是曙光超算機群，共有810臺服務器，近24000個計算核心，理論峰值計算能力超過每秒900萬億次，是世界首個電力系統(tǒng)專用的超算中心，具備海量的電網(wǎng)仿真計算能力。比如，使用國家電網(wǎng)2016年方式計算數(shù)據(jù)，9000個仿真作業(yè)只需30分鐘就能完成全部計算，和臺式機相比計算速度提升3000倍以上。
但他同時強調，仿真只是重現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)過程，并不能解決“為什么會這樣”和“應該怎么辦”的問題。目前，這些還要靠專家“人工經(jīng)驗”來決策，這就有賴于智能仿真分析，即仿真算得準算得快之外，還要對計算結果作智能分析，做到運行方式智能生成，穩(wěn)定特性智能分析，安全穩(wěn)定措施智能決策，避免安全穩(wěn)定控制措施失效的風險，防止大面積停電。
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