5月22日,可再生能源并网全国重点实验室主任、中国电力科学研究院有限公司总工程师王伟胜带领团队结合海上风电多频率振荡工程案例,完成海上风电在正、负序不对称控制下的宽频振荡抑制策略有效性验证,为研究制订相关策略提供支撑。
王伟胜始终紧扣国家能源转型战略目标,深耕新能源并网控制技术近30年,专攻新能源电源安全并网和电量高效消纳。他是享受国务院政府特殊津贴的专家,曾获全国优秀共产党员、国家电网有限公司特等劳动模范等荣誉称号。在他的带领下,团队攻克了新能源大规模发展进程中的多项技术难题,参与建设张北试验基地,建成国家电网数值天气预报中心,破解了新能源并网宽频振荡难题,累计获得国家科学技术进步奖二等奖6项、中国专利银奖1项、省部级科技进步奖一等奖32项、中国标准创新贡献奖一等奖2项,为新能源电量高效消纳作出了系统性和创新性贡献。
笃行实干建设风电试验检测基地
1998年,王伟胜初入工作岗位,开始接触风力发电。当时,我国风电事业处在起步阶段,风电机组尚未实现产业化。在对我国能源行业和国外风电发展深入研究的基础上,王伟胜敏锐意识到新能源发电将成为未来发展的主要方向:“无论风电规模多么小,但风电一定代表未来。”
2006年,《中华人民共和国可再生能源法》实施,国内风电产业进入高速发展期。然而当时的风电机组设计、制造、控制等关键技术还无法完全满足安全并网需要,尤其是风电机组不具备低电压穿越能力引发的脱网风险日益严峻。面对风电机组性能检测需求量迅猛增长,以及研发适用于我国国情的风电功率预测方法需要大量实验数据支撑的情况,王伟胜下定决心——必须建立属于我国自己的风电试验检测基地。
2008年,张北试验基地规划建设正式启动。当时,国内风电机组机型有200余种,都需要进行检测并收集相关数据。但基地规划建设的风机机位只有30个,倘若每检测一种机型就更换一次风机基础,必然会造成巨大浪费。基地建设不仅要突破技术难关,更要提升检测效率。王伟胜带领团队创新设计了“通用基础、灵活切换的集电系统、高兼容数据采集”一体化方案,在国际上首次实现了风电试验机位的重复利用,显著提高了风电机组检测效率。
2010年4月,张北试验基地正式开工建设。王伟胜带领团队连续奋战200多天,克服自然条件恶劣、时间紧、任务重等困难,主持建成了世界上规模最大,且唯一具备风电、光伏与储能交/直流并网实证功能的试验基地。
此后3年,王伟胜带领团队依托张北试验基地陆续完成我国45个整机制造商的132个型号327项风电机组并网性能试验,累计开展试验5000余次,基本完成所有量产机型的低电压穿越试验检测,从根本上解决了风电发展初期风电机组不具备低电压穿越性能导致的风电机组脱网问题,有力推动了我国新能源发电并网技术进步和产业升级。
开拓创新建立自主电力气象预报体系
新能源发电功率受资源和环境等多种因素影响,规律难以把握。要把新能源发电纳入调度运行的发电计划,新能源功率预测是基础条件。
2008年以前,国内缺乏针对新能源预测所需时间尺度和空间尺度的精细化业务系统,预测能力不足。王伟胜带领团队从新能源场站的精细化功率问题入手,开启了艰难的探索。他们深入风电场现场调研走访、采集数据、试验模拟、分析讨论,引入国外气象预报数据,最终设计出适用于新建风电场的物理预测方法。他们还创建工程化应用预测模型,建成国内首套风电功率预测系统,并在吉林电网示范应用,日前预测精度达80%左右。
随着功率预测结果的深入应用,王伟胜发现,引入的国外气象预报数据无法适应我国复杂多样的地形和气候特征,必须建立属于我国的数值天气预报中心。
经过三年多技术攻关与跨专业协作,2011年,王伟胜团队建成了面向电力气象服务的专用“气象台”——数值天气预报中心,有针对性地研发适合我国电力应用需求的天气预报模型,并持续完善升级,实现了从“可用”到“好用、可靠”的技术跨越。
目前,省级新能源功率预测精度已由初期的80%左右提升至90%以上。这套风电功率预测系统也逐步升级为新能源功率预测系统、优化调度系统和生产模拟系统,在电力系统广泛应用,为电网调度机构提供了更加准确可靠的新能源发电预测数据,有效提升了电网对新能源的接纳能力和消纳水平。
为了应对极端天气对电网的影响,2023年,王伟胜带领团队构建起千米级空间分辨率、分钟级时间分辨率的精细化网格气象预报防护网,深入探索冻雨、强对流等灾害性天气的电力设备致灾机理,创建了洪涝灾害电力设备风险量化预警模型,将极端气象场景耦合至电力设备设施风险场景,独创“3天风险预判+1小时精准定位”应急机制,进一步提升电网在极端气候下的韧性与安全防御水平。
矢志攻坚破解宽频振荡难题
近年来,随着新能源电源大规模并网,宽频振荡问题在不同国家和地区相继发生。振荡频率覆盖范围广、振荡机理复杂、振荡溯源困难,成为困扰行业的技术难题。
2012年,王伟胜带领团队开启宽频振荡理论创新探索之路,系统攻关振荡机理研究、分析方法设计、仿真平台搭建、装备研制等内容,全力破解宽频振荡治理难题。他带领团队坚守风电场、光伏电站一线,在无数次现场测试与数据分析中寻找规律。他们发现,传统阻抗方法只适用于小规模、简单场景,无法满足成千上万台风机、光伏发电设备,以及交流弱电网、常规直流、柔性直流等多种新能源电力送出场景的需求。团队建立了涵盖风电、光伏发电、各类直流的频率耦合阻抗模型,明晰宽频振荡的稳定判据,揭示了多种送出场景下新能源发电集群振荡的产生和演化机理。
面对海量新能源发电机组控制“灰箱化”、仿真模型精度低的问题,2016年,王伟胜带领团队首创“现场试验-控制在环-代码封装/结构化建模”的模型校核技术,将模型误差降至国际标准的五分之一。在此基础上,他们建立了千万千瓦级新能源发电集群经多种送出场景的全电磁暂态仿真平台,用于评估系统宽频振荡风险、复现振荡过程、验证抑制策略;研制了全球首套35千伏/40兆伏安宽频阻抗测量装备,测量精度超92.7%,用于精准测量设备阻抗特性,为宽频振荡抑制提供数据支撑。王伟胜带领团队总结提炼这些成果,系统性提出了“机理明晰、分析准确、抑制有效”的宽频振荡分析与抑制技术体系。
2021年7月,在张北柔直工程中都换流站,王伟胜团队在国际上首次实现柔性直流与新能源振荡的现场在线复现与抑制。团队采用阻抗建模、电磁暂态仿真与现场试验相结合的手段,成功攻克负序超同步振荡问题。此次试验为100%新能源、高比例电力电子化电力系统的振荡治理提供了理论和实践经验。
目前,新能源并网系统宽频振荡分析与抑制技术已在内蒙古、宁夏、陕西、云南等地推广应用。2023年,王伟胜主持编写的《新能源并网系统宽频振荡分析与抑制》中英文版专著出版,向世界分享了我国新能源并网技术发展的宝贵经验。
“电力科研工作要以国家能源战略为指引,立足能源行业发展重大需求,围绕一个科研方向做深做透,注重理论联系实际。科研成果要经得起工程实践的检验。”王伟胜说。作为一名电力科研工作者,他始终扎根新能源并网技术科研一线,让理论研究和科研成果服务电网工程实践,为锻造能源领域国家战略科技力量砥砺攀登。
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