十年,与全球最强电网共成长

发布时间:2019-04-08

叶俭,国家电网有限公司国家电力调度控制中心系统运行处一名普通员工。她的工作说起来只有六个字:分析、计算、判断。她的工作对象是全球规模最大、运行最复杂的电网,工作内容则是这张网的安全运行和特性研究。

从2008年参与第一条特高压线路系统计算开始,叶俭用十年时间逐步掌握了国家电网的运行特性,用自己过硬的计算分析功底,为保障高速发展中的电网安全稳定运行作出贡献。

安全:每次说“可以”或“行”的时候压力最大

国家电力调度控制中心是国家电网最高一级调度机构,负责国家电网调度运行工作的组织、指挥、协调和指导。系统运行处承担着国家电网特性研究与计算分析、制定跨区互联电网运行方式与控制策略的职责,发挥着保障大电网安全稳定运行的重要作用。如果把电力看作车流,把电网当成公路网的话,系统运行处的工作就是制定“交通规则”。

这些“交通规则”就是叶俭每年都要参加编写的《特高压互联电网稳定及无功电压调度运行规定》,是全球最大最复杂电网的“使用说明书”。

“这本运行手册主要是告诉调度人员,每一条线路安全稳定运行的边界在哪里。”叶俭告诉记者,工作中时常会遇到同事询问线路能够承受的极限输送功率,“每次回答‘可以’或者‘行’的时候,我的压力最大。虽然之前已经通过仿真系统反复计算分析,但结果是否可靠还要经过实践检验。”

每增加一条线路,电网运行方式都会发生改变。特高压线路输送容量大,对电网运行方式的影响尤为明显。从2008年第一条特高压线路系统调试就开始参与工作的叶俭对此感触最深:“我们会做大量仿真计算,来确保系统发生故障时,电力能够持续可靠供应。”

2008~2018年,国家电网并网总装机规模从6亿千瓦变成了14亿千瓦,7回跨区直流(无特高压直流)变成了23回跨区直流(11回特高压直流),单个直流额定输送功率由300万千瓦提升至1200万千瓦。

与电网规模大幅增长对应的是电网运行仿真计算量的翻倍增长。2009年,电网运行方式仿真计算量单机所需时间5000小时,每次集中12家省级以上调度机构分析人员35人。这组数字到2019年已经变成单机仿真计算时间15万个小时,每次集中35家省级以上调度机构的分析人员上百名。

除了规模不断扩大,电网运行方式的复杂程度也给叶俭的工作带来了前所未有的挑战。

“现在国家电网的规模和复杂程度,在世界范围内都是绝无仅有的。”国调中心系统运行处处长于钊如此形容叶俭的工作难度。

叶俭和她所在的团队不断创新解决问题的方式方法:首次提出特高压交流联络线功率波动对无功电压控制影响的工程实用算法,首次发现特高压直流引起的暂态、稳态过电压问题,首次发现多直流换向失败对系统稳定性的影响并提出解决方案……一个个“首次”累积出公司在特高压运行与控制方面的世界领先地位。

“国家电网运行现在已经进入‘无人区’。”于钊告诉记者,没有借鉴没有参考,这些解决方案都是叶俭和团队在实践中反复摸索总结而来的。

消除任何影响电网安全稳定运行的因素是叶俭的日常工作之一。

2010年7月14日,三峡电厂(装机容量2240万千瓦)总出力达到1780万千瓦的时候,三峡机组及近区交流电网发生了不同程度的功率波动。当时水库蓄水的水位已经达到满发标准,电厂的满出力发电意愿十分迫切。

“随着三峡总出力增大,功率波动幅度不断增大,我们非常担心三峡满发之后会出现低频振荡,对电网安全稳定运行产生破坏性影响,必须及时排查出引发功率波动的关键因素。”连续三周,经常奋战到凌晨四五点,叶俭终于找到了引发功率波动的原因,并通过技术措施成功抑制了功率波动,保证了当年三峡电厂满功率运行。

“做完这些,我才能够说三峡电厂可以满功率运行了。”叶俭说“可以”的时候,底气很足。从那时候到现在,每年丰水期,三峡都能平稳满功率运行。

计算、分析、判断,在单调枯燥的循环里,叶俭也从最初参与计算的普通工作人员逐步成长为特高压电网安全稳定分析工作的主要力量。

这些年来,叶俭作为主要计算负责人,组织了公司、分部、省公司三级调度上百名专业技术人员,累计完成仿真算例超两百万次,统筹制订数十项运行管理规程规定共计10万余字,准确把握电网实际特性,保障特高压电网的安全稳定运行。

绿色:大量计算分析让电网接纳更多新能源

目前我国并网新能源发电装机规模超过3亿千瓦,而且每年都在高速增长。大量新能源并网给叶俭的日常工作提出了新的课题。

“新能源并网消纳,不是这头发电并网,那头客户使用,就能够顺利消纳这么简单。新能源有自己的发电特性,想要让它们顺利融入大电网,要做大量的电网运行分析和控制策略调整,可以说是牵一发而动全身。”叶俭说。

2015年,新疆哈密山北地区风机产生的次同步谐波引起300千米外3台66万千瓦火电机组脱网事件,叶俭记忆犹新。

“我们对新事物的认识是有个过程的。”叶俭分析道,一开始新能源并网基本参考的都是国外的一些标准,但是这些标准却不一定适用于我国电力系统,比如国外很少有像我国这样上百万千瓦级的新能源基地,“这就造成了前几年新能源并网尤其是风电并网,一出现扰动就脱网的情况。”

问题处理起来并不轻松。新疆风机引起机组脱网事件之后,叶俭和同事们马上着手分析研究,并布防了安控系统来保障电网安全运行。

“根本还是由于风机并网产生了新的稳定问题。”叶俭表示,安控系统只能解决燃眉之急,并不能治本。

在展开新疆哈密风电场数据搜集和机理研究工作的同时,叶俭还和同事对风电装机密集的甘肃酒泉地区约700万千瓦风电场进行了长达两年的监测,得到了大量一手数据。

“我们通过改造风电的控制参数,解决了类似于新疆哈密地区风电上网次同步谐波带来的脱网问题,同时还对甘肃酒泉地区的风电场进行了高穿改造,有效提高了风电场的耐频耐压能力,并根据实际情况提出了适应于我国大规模新能源基地风电场、光伏发电厂并网标准。”叶俭表示。

经过改造,甘肃酒泉地区风电的弃电率下降了4个百分点左右。

2018年年初,叶俭还针对冀北、蒙东、新疆等地区局部断面存在新能源送出卡口的问题,组织相关单位梳理新能源送出卡口情况。在采取细化运行方式安排、优化新能源模型等措施后,他们将上述地区9个新能源外送断面输电能力总计提升226万千瓦。

通过多项新能源消纳措施,新能源的弃电率已经从几年前的16%降至2018年的5.8%。

“2019年,公司的目标是将新能源的弃电率控制在5%之内,在每年新增几千万千瓦新能源装机的基础上,这是一个全新的挑战。”叶俭又开始了自己的计算分析。