12月11日，在青海海南千万千瓦级新能源基地，随着一道弧光划破天际，世界最大规模新能源分布式调相机群人工短路扰动试验完成。试验进一步验证了电源侧分布式调相机群对保障大直流、高比例新能源电网安全稳定运行的重要作用。近年来，国网青海省电力公司在电源侧大规模分布式调相机技术创新方面开展了系列探索。
高占比新能源发电 考验电网消纳能力
寒冬时节，青海省海南藏族自治州共和县的塔拉滩上晴空万里，成片的光伏板熠熠生辉，风力发电机的巨大叶片迎风转动……这个千万千瓦级新能源基地正把丰富的太阳能和风能转化为清洁电能。
青海省光伏资源理论可开发量达35亿千瓦，风能可开发量超过0.75亿千瓦，有10万平方千米以上的荒漠化土地可用于光伏发电站和风电场建设……凭借得天独厚的资源禀赋，青海省近年来大力推进清洁能源开发利用。截至11月30日，青海电网发电装机达4070万千瓦，其中新能源发电装机2485万千瓦，占比达61%。青海电网已经成为全国清洁能源、新能源发电装机占比最高的省域电网。
为实现青海新能源电力大规模外送消纳，2018年11月7日，起于海南州共和县、连接青藏高原和中原大地的世界首个新能源远距离输送大通道——±800千伏青海—河南特高压直流输电工程开工建设。这个新能源大通道额定容量为800万千瓦，年满负荷输送电量达400亿千瓦时。
2019年3月份，国家能源局印发《关于青海省海南州特高压外送基地电源配置规划有关事项的复函》，明确2020年青豫直流配套可再生能源基地一期清洁能源配套方案——风电装机200万千瓦、光伏发电装机300万千瓦、水电装机146万千瓦，以满足2020年青豫直流送电规模达400万千瓦的要求。
青豫直流配套电源中，风电、光伏发电项目建设如期推进，其中，海南近区风电、光伏发电装机共400万千瓦，海西地区装机共100万千瓦。受客观因素影响，水电项目建设滞后，难以按期建成投运。
国网青海电力调控中心系统运行处处长陈春萌表示：“总体来看，青豫直流工程首期落地的配套电源以光伏发电和风电等新能源发电为主，新能源装机占比较高。”据他介绍，青豫特高压直流工程近区常规电源装机规模较小，新能源电源装机规模大、占比高，电压支撑能力相对薄弱，导致了较为严重的暂态过电压问题。大直流、高比例新能源电力系统安全问题成为阶段性制约青豫直流工程送出能力的主要因素。
解决系统暂态过电压问题，需从电网侧和新能源发电侧两头发力。为此，国网青海电力在青豫直流工程的起点——±800千伏青南换流站配置了4台30万千乏调相机。调相机2020年建成投产后，换流站的暂态过电压问题得以有效解决。
然而，新能源发电侧是暂态过电压的最高点。如何抑制暂态过电压问题，此前并无经验可借鉴，亟待突破创新。
创新研究分布式调相机
寻求技术突破
2019年，在国家电网有限公司的统筹指导下，国网西北分部、国网青海省电力公司、中国电力科学研究院有限公司、国网经济技术研究院有限公司等单位深入研究、科学论证，提出了在海南地区昕阳、夏阳、旭明、珠玉4个新能源汇集站安装21台分布式调相机的解决方案，并进一步明确了分布式调相机的具体性能指标。这是世界上首次在新能源发电侧探索大规模安装分布式调相机的实践，可以助力解决新能源高占比带来的暂态过电压问题，大幅提升新能源电力送出水平。
“此次安装的分布式调相机是一种布置在新能源发电站内的高度集成化的小容量同步调相设备，具备优异的暂态稳态特性和无功调节能力，对维持电力系统电压稳定起到重要作用，同时可提高系统短路容量和短路比，从而支撑新能源电力大规模外送，为大电网安全稳定运行保驾护航。”陈春萌说。
按照解决方案，新能源分布式调相机具有系统简单、集成度高、调节性能好等优点，既能发挥系统动态无功储备的作用，又能为新能源电站提供次暂态、暂态、稳态的全过程无功补偿与电压支撑，极大提升青豫特高压直流通道的新能源电力输送能力。
被誉为电网“稳压器”的调相机在电网侧早已大规模应用，而且技术成熟、产品丰富。然而国内外尚无调相机在新能源场站应用的先例。青海电网海南新能源发电基地的21台分布式调相机由国家电网公司统一组织安装，由国家电投黄河上游水电开发有限责任公司投资建设，由哈尔滨电气集团有限公司、上海电气集团股份有限公司、东方电气集团东方电机有限公司研发制造。
哈尔滨电机厂有限责任公司副总经理李春廷介绍：“尽管大型调相机技术已相对成熟，但用于新能源发电侧的分布式调相机从设计数据上看，在性能上较常规调相机需提升30%以上，而机组损耗需下降20%。”
三家研发制造企业抽调技术骨干组成专项攻关团队，通过电磁设计的深度优化、结构设计的不断创新和原材料的高标准选择，经过多番设计迭代，最终打造出满足要求、兼具性能和经济性的新型分布式调相机。
今年5月份，在青海省能源局的支持下，青海电网21台分布式调相机正式启动安装。国网青海电力积极与各方沟通协调，全方位推进调相机涉网验收、涉网调试、启动方案审定、并网试验及运行管理等工作，有力保障了调相机群顺利并网。
新能源分布式调相机群
助力缓解新能源消纳压力
9月2日12时，在青海海南千万千瓦级新能源基地，随着330千伏旭明变电站1号调相机投入试运行，世界首台新能源分布式调相机正式落户青海。11月8日，首批11台新能源分布式调相机全部投入使用，世界首个新能源分布式调相机群形成，带动海南地区新能源消纳能力提升185万千瓦。
“这是世界上首次在电源侧大规模安装分布式调相机，对于推动新能源大规模开发利用，构建清洁低碳、安全高效的能源体系具有重要的示范引领意义。”国家电力调度控制中心系统处专责张怡介绍，与传统的无功补偿装置相比，分布式调相机具有故障瞬间电压支撑能力强、暂态响应速度快等优点，可作为电力系统电源侧的“稳定器”，未来将是新型电力系统的重要组成部分。
得益于分布式调相机的投运，11月16日、17日，青海电网新能源发电出力连续两日突破千万千瓦，达到1045万千瓦和1061万千瓦，较历史峰值994万千瓦分别提升了5.1%和6.7%。这两日间，光伏发电大发时段青海全网用电负荷在980万千瓦至1010万千瓦，新能源出力持续超全网用电负荷，新能源日发电量最高达到1.07亿千瓦时，占全省全天用电量的43.1%。此后，新能源发电出力及发电量屡创新高。
“由国家电网公司主导并推动的世界最大规模新能源分布式调相机群，首批11台调相机经实际运行验证效果显著。”国网青海电力调度控制中心主任方保民介绍，这对青海新能源发电出力连续两日创新高有着直接的推动作用，大幅缓解了新能源消纳压力。
“探索在电源侧大规模安装分布式调相机的实践，将有效解决跨区直流输电和新能源大规模接入电网带来的电压稳定问题，对于加快推动能源转型发展具有重大意义。”国家电投黄河上游水电开发有限责任公司工程技术部主管薛宁说。
今年前11个月，青海电网新能源总发电量达到313亿千瓦时，同比增长37.9%。按照解决方案，明年21台分布式调相机全部投产后，可提高青海海南地区新能源送出能力350万千瓦，预计年均增发新能源电量70.2亿千瓦时，相当于节约标准煤318.9万吨，减排二氧化碳574.2万吨。
在我国推进实现碳达峰、碳中和目标的大背景下，青海省正以迅速发展的清洁能源产业全力推动能源清洁低碳转型。国网青海电力将继续贯彻落实国家电网碳达峰、碳中和行动方案，持续探索大型新能源基地电网安全高效运行技术，全力推进新型电力系统省级示范区建设，助力青海打造国家清洁能源产业高地。
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