弘揚(yáng)科學(xué)家精神｜勇攀高峰攻堅(jiān)新能源并網(wǎng)技術(shù)

5月22日，可再生能源并網(wǎng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、中國電科院總工程師王偉勝帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)結(jié)合海上風(fēng)電多頻率振蕩工程案例，完成了海上風(fēng)電在正、負(fù)序不對(duì)稱控制下的寬頻振蕩抑制策略有效性驗(yàn)證，為研究制定相關(guān)策略提供有力支撐。

▲王偉勝開展海上風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)控制策略研究

王偉勝始終緊扣國家能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略目標(biāo)，深耕新能源并網(wǎng)控制技術(shù)近30年，專注于新能源安全并網(wǎng)和高效消納，是享受國務(wù)院政府特殊津貼專家，曾獲全國優(yōu)秀共產(chǎn)黨員、國家電網(wǎng)公司特等勞動(dòng)模范等榮譽(yù)稱號(hào)。在他的帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)攻克了新能源大規(guī)模發(fā)展進(jìn)程中的多項(xiàng)技術(shù)難題，參與建設(shè)了張北試驗(yàn)基地，建成了國家電網(wǎng)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)中心，破解了新能源并網(wǎng)寬頻振蕩難題，累計(jì)獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)6項(xiàng)、中國專利銀獎(jiǎng)1項(xiàng)、省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)32項(xiàng)、中國標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新貢獻(xiàn)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，為我國新能源高效消納作出了系統(tǒng)性和創(chuàng)新性貢獻(xiàn)。

篤行實(shí)干建設(shè)風(fēng)電試驗(yàn)檢測(cè)基地

1998年，王偉勝初入工作崗位，開始接觸風(fēng)力發(fā)電。當(dāng)時(shí)，我國風(fēng)電事業(yè)尚處在起步階段，風(fēng)電機(jī)組尚未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。在對(duì)我國能源行業(yè)和國外風(fēng)電發(fā)展深入研究的基礎(chǔ)上，王偉勝敏銳意識(shí)到新能源發(fā)電將成為未來發(fā)展的主要方向：“無論中國當(dāng)時(shí)風(fēng)電規(guī)模多么弱小，但風(fēng)電一定代表未來。”

2006年，《中華人民共和國可再生能源法》頒布實(shí)施，國內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期，但當(dāng)時(shí)的風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)、制造、控制等關(guān)鍵技術(shù)還無法完全滿足安全并網(wǎng)需要，尤其是風(fēng)電機(jī)組因不具備低電壓穿越能力而引發(fā)的脫網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)日益嚴(yán)峻。面對(duì)風(fēng)電機(jī)組性能檢測(cè)需求量迅猛增長，且研發(fā)適用于我國國情的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)方法需要大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐的情況，王偉勝下定決心，必須建立屬于我國自己的風(fēng)電試驗(yàn)檢測(cè)基地。

2008年，張北試驗(yàn)基地規(guī)劃建設(shè)正式啟動(dòng)。當(dāng)時(shí)，國內(nèi)風(fēng)電機(jī)組機(jī)型有200余種，都需要進(jìn)行檢測(cè)并收集相關(guān)數(shù)據(jù)。但基地規(guī)劃建設(shè)的風(fēng)機(jī)機(jī)位只有30個(gè)，倘若每檢測(cè)一種機(jī)型就更換一次風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，必然會(huì)造成巨大的浪費(fèi)。基地建設(shè)不僅要突破技術(shù)難關(guān)，更要提升檢測(cè)效率。王偉勝團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了“通用基礎(chǔ)、靈活切換的集電系統(tǒng)、高兼容數(shù)據(jù)采集”一體化方案，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電試驗(yàn)機(jī)位的重復(fù)利用，顯著提高了風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)效率。

▲王偉勝（右一）與團(tuán)隊(duì)成員討論新能源發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)特性優(yōu)化技術(shù)方案

2010年4月，張北試驗(yàn)基地正式開工建設(shè)。王偉勝帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)連續(xù)奮戰(zhàn)200多天，克服自然條件惡劣、時(shí)間緊任務(wù)重等困難，主持建成了世界上規(guī)模最大，唯一具備風(fēng)電、光伏與儲(chǔ)能交/直流并網(wǎng)實(shí)證功能的張北試驗(yàn)基地。

此后三年，王偉勝帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)依托張北試驗(yàn)基地陸續(xù)完成我國45個(gè)整機(jī)制造商的132個(gè)型號(hào)、327項(xiàng)風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)性能試驗(yàn)，累計(jì)開展試驗(yàn)5000余次，所有量產(chǎn)機(jī)型基本都完成了低電壓穿越的試驗(yàn)檢測(cè)，從根本上解決了我國風(fēng)電發(fā)展初期因風(fēng)電機(jī)組不具備低電壓穿越性能而導(dǎo)致的風(fēng)電脫網(wǎng)問題，有力推動(dòng)了我國新能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

開拓創(chuàng)新建立自主電力氣象預(yù)報(bào)體系

新能源發(fā)電功率受資源和環(huán)境等多種因素影響，規(guī)律難以把握。想要把新能源發(fā)電納入調(diào)度運(yùn)行的發(fā)電計(jì)劃，新能源功率預(yù)測(cè)是基礎(chǔ)條件。

2008年前后，國內(nèi)缺乏針對(duì)新能源預(yù)測(cè)所需時(shí)間尺度和空間尺度的精細(xì)化業(yè)務(wù)系統(tǒng)，預(yù)測(cè)能力不足。王偉勝帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從新能源場(chǎng)站的精細(xì)化功率問題入手，開啟了艱難的探索。他們不斷深入風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研走訪、采集數(shù)據(jù)、試驗(yàn)?zāi)M、分析討論，引入國外氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，最終設(shè)計(jì)出適用于新建風(fēng)電場(chǎng)的物理預(yù)測(cè)方法，創(chuàng)建工程化應(yīng)用預(yù)測(cè)模型，建成國內(nèi)首套風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，并在吉林電網(wǎng)示范應(yīng)用，日前預(yù)測(cè)精度達(dá)到80%左右。

隨著功率預(yù)測(cè)結(jié)果應(yīng)用的深入，王偉勝發(fā)現(xiàn)，引入的國外氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)無法適應(yīng)我國復(fù)雜多樣的地形和氣候特征，必須建立屬于我國自己的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)中心。

▲王偉勝（左一）指導(dǎo)科研人員分析新能源功率預(yù)測(cè)結(jié)果

2011年，經(jīng)過三年多技術(shù)攻關(guān)與跨專業(yè)協(xié)作，他們建成了面向電力氣象服務(wù)的專用“氣象臺(tái)”——數(shù)值天氣預(yù)報(bào)中心，有針對(duì)性地研發(fā)適合我國電力應(yīng)用需求的天氣預(yù)報(bào)模型，并持續(xù)升級(jí)完善，實(shí)現(xiàn)了從“可用”到“好用、可靠”的技術(shù)跨越。

目前，省級(jí)新能源功率預(yù)測(cè)精度已由初期的80%左右提升至90%以上。這套風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)也逐步升級(jí)為新能源功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)、優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)和生產(chǎn)模擬系統(tǒng)，在電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，為電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)提供了更加準(zhǔn)確可靠的新能源發(fā)電預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，有效提升了電網(wǎng)對(duì)新能源的接納能力和消納水平。

為應(yīng)對(duì)極端天氣對(duì)電網(wǎng)的影響，2023年，王偉勝帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)構(gòu)建起公里級(jí)空間分辨率、分鐘級(jí)時(shí)間分辨率的精細(xì)化網(wǎng)格氣象預(yù)報(bào)防護(hù)網(wǎng)，深入探索凍雨、強(qiáng)對(duì)流等災(zāi)害性天氣的電力設(shè)備致災(zāi)機(jī)理，創(chuàng)建了洪澇災(zāi)害電力設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)量化預(yù)警模型，將極端氣象場(chǎng)景耦合至電力設(shè)備設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景，獨(dú)創(chuàng)“3天風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判+1小時(shí)精準(zhǔn)定位”應(yīng)急機(jī)制，有效提升電網(wǎng)在極端氣候下的韌性與安全防御水平。

矢志攻堅(jiān)破解寬頻振蕩難題

近年來，隨著新能源大規(guī)模并網(wǎng)，寬頻振蕩問題在不同國家和地區(qū)相繼發(fā)生。振蕩頻率覆蓋范圍廣、振蕩機(jī)理復(fù)雜、振蕩溯源困難，成為困擾行業(yè)的技術(shù)難題。

從2012年起，王偉勝帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開啟了寬頻振蕩理論創(chuàng)新探索之路，系統(tǒng)攻關(guān)振蕩機(jī)理研究、分析方法設(shè)計(jì)、仿真平臺(tái)搭建、裝備研制等內(nèi)容，全力破解寬頻振蕩治理難題。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)守風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站一線，在無數(shù)次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與數(shù)據(jù)分析中尋找規(guī)律。他們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)阻抗方法只適用于小規(guī)模、簡(jiǎn)單場(chǎng)景，無法滿足成千上萬臺(tái)風(fēng)機(jī)、光伏設(shè)備，以及交流弱電網(wǎng)、常規(guī)直流、柔性直流等多種新能源送出場(chǎng)景的需求。團(tuán)隊(duì)建立了涵蓋風(fēng)電、光伏、各類直流的頻率耦合阻抗模型，明晰寬頻振蕩的穩(wěn)定判據(jù)，揭示出多種送出場(chǎng)景下新能源發(fā)電集群振蕩的產(chǎn)生和演化機(jī)理。

面對(duì)海量新能源機(jī)組控制“灰箱化”、仿真模型精度低的問題，2016年，王偉勝帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)“現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)-控制在環(huán)-代碼封裝/結(jié)構(gòu)化建模”的模型校核技術(shù)，將模型誤差降至國際標(biāo)準(zhǔn)的五分之一。在此基礎(chǔ)上，他們建立了千萬千瓦級(jí)新能源發(fā)電集群經(jīng)多種送出場(chǎng)景的全電磁暫態(tài)仿真平臺(tái)，用于評(píng)估系統(tǒng)寬頻振蕩風(fēng)險(xiǎn)、復(fù)現(xiàn)振蕩過程、驗(yàn)證抑制策略；研制了全球首套35千伏/40兆伏安寬頻阻抗測(cè)量裝備，測(cè)量精度超92.7%，用于精準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備阻抗特性，為寬頻振蕩抑制提供數(shù)據(jù)支撐。王偉勝帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)將這些成果進(jìn)行了總結(jié)提煉，系統(tǒng)性提出了“機(jī)理明晰、分析準(zhǔn)確、抑制有效”的寬頻振蕩分析與抑制技術(shù)體系。

▲王偉勝（右一）指導(dǎo)科研人員驗(yàn)證新能源寬頻振蕩抑制策略

2021年7月，在張北柔直工程中都換流站，王偉勝團(tuán)隊(duì)在國際首次實(shí)現(xiàn)柔直與新能源振蕩的現(xiàn)場(chǎng)在線復(fù)現(xiàn)與抑制。團(tuán)隊(duì)采用阻抗建模、電磁暫態(tài)仿真與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的手段，成功攻克負(fù)序超同步振蕩問題。此次試驗(yàn)為100%新能源、高比例電力電子化電力系統(tǒng)的振蕩治理提供了理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

目前，新能源并網(wǎng)系統(tǒng)寬頻振蕩分析與抑制技術(shù)已在內(nèi)蒙古、寧夏、陜西、云南等省份推廣應(yīng)用。2023年，王偉勝主持編寫的《新能源并網(wǎng)系統(tǒng)寬頻振蕩分析與抑制》中英文版專著出版，向世界分享了我國新能源并網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

“電力科研工作要以國家能源戰(zhàn)略為指引，立足能源行業(yè)發(fā)展重大需求，圍繞一個(gè)科研方向做深做透，注重理論聯(lián)系實(shí)際。科研成果要經(jīng)得起工程實(shí)踐的檢驗(yàn)。”王偉勝說。作為一名電力科研工作者，他始終扎根新能源并網(wǎng)技術(shù)科研一線，讓理論研究和科研成果服務(wù)電網(wǎng)工程實(shí)踐，為鍛造能源領(lǐng)域國家戰(zhàn)略科技力量砥礪攀登。

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