异步联网

省级电网异步联网运行是我国电力系统发展的一种必然趋势。随着交流同步电网的逐步发展，电网覆盖面积、发电装机规模、用电负荷复杂性、电源种类及数量等逐渐增大，异步联网运行有利于提高电力系统的稳定性和电力设备的安全性，可防止电网事故的扩大，降低次生灾害的风险，从而增强大电网的可控性。但就目前来看，电力系统异步运行技术尚在发展之中，谐波超标、宽频振荡等新问题严重威胁着异步互联电网的安全稳定运行。 在此背景下，云南电网公司组织电力系统异步运行领域的专家编写了《电力系统异步运行实践》一书，聚焦“电力系统异步联网运行”，以阐述异步电力系统运行相关技术理论，分析相关实践经验为宗旨，充分展示电力行业关于电力系统异步联网运行技术与实践研究的最新成果和前沿进展。

南方电网建成“八交十直”西电东送通道，主网架交直流并联、云南异步联网，运行方式复杂多变，自然灾害频发，是世界上最复杂、发展最快的特大电网之一。为保障电网安全运行和五省区高可靠供电，迫切要求电力二次系统架构更加统一与开放，信息更加全面与集成，功能更加智能与强大。各专业建设了数量庞大的二次系统，解决了业务问题，也带来系统分散、功能重复、信息孤岛、标准化和智能化程度低等新问题。 项目提出电力二次一体化的全新技术思路。联合产学研用 20 余家单位，建设一体化电网运行智能系统（OS2）。攻克了一体化架构、统一开放平台、智能集成装置、大电网运行综合驾驶等世界性难题。本项目主要创新点①提出电力二次一体化体系架构，为构建 OS2 系统，实现电力系统发输配用各环节、网省地及厂站多层级多专业信息融合、资源共享、动态扩展奠定了基础；②提出集成虚拟化资源、平台服务族、全景建模运行数据中心、运行服务总线等的全服务化统一平台，实现了数据、画面、应用服务的贯通与共享；③研发分布式多插件和高速背板总线架构、多业务协同的智能远动机，实现了厂站端设备集成的纵向一体化业务整合与智能互动；④提出电网实时多维 KPI 体系和运行驾驶舱技术，构建了基于 KPI 监视、多主题电网全景展示、“一站式”集中操控台的人工驾驶环境，以及基于多时序多目标自动控制的自动驾驶环境。 本项目授权发明专利 62 项、实用新型专利 1 项、软著 9 项，发表论文 57 篇，完成国标 1项，参与完成国标 5 项，完成行标 1 项，参与完成行标 14 项，完成《南方电网一体化电网运行智能系统》系列企标 76 项。鉴定委员会一致认为该成果整体处于国际领先水平。二次一体化开放体系是支持大电网一体化运行的新一代基础架构，兼顾电网实时运行、综合分析、智能调控等各种需求，也符合云平台、大数据、物联网等新技术方向。开放平台激发了大众创新热情，推动了我国电力二次装备制造产业升级。

±500kV永富直流工程是云网与南网实现异步联网的国内首个省内直流重要工程，换流站直流互感器作为电压电流量传递的关键设备，是所有二次系统的“眼睛”。但由于缺乏相应现场校验设备和技术储备，现场运维管控缺失，直流互感器测量异常导致告警及事故（牛寨换流站、鲁西背靠背等）时有发生，运行安全隐患极大。成果在行业内具有极大的推广应用和示范价值。近年来，项目的研究成果得到了良好的推广应用，在±500kV永富直流工程换流站（富宁换流站、永仁换流站）的设备验收、首检和预试定检中得到了验证，确保了直流输电系统的安全运行，已取得了显著的经济、社会效益。

柔性直流输电系统成套设计及核心装备系列国家标准，包括1《柔性直流输电系统成套设计规范》、2《柔性直流输电换流器技术规范》、3《柔性直流输电控制与保护设备技术要求》，均由南方电网科学研究有限责任公司牵头编写，为世界上首次制定，技术创新难度大，标准成果达到国际领先水平。 本项目之前，世界上尚无相关国际标准参考，南网科研院突破柔性直流输电技术领域三个重要技术方向，包括成套设计、换流器、控制保护核心技术，研究成果形成国家标准，规范了国内柔性直流输电系统成套及核心装备设计情况，为成套设计及核心装备设计、制造、试验、验收提供直接参考依据，意义重大。 项目团队依托国家863计划课题，通过多年技术攻关，完全掌握高柔性直流输电关键技术，在成套设计、换流器、控制保护等方面取得重大创新成果，形成技术标准，并率先实现工程应用，引起巨大社会反响： 1.标准1中第4、6、7部分，世界上首次提出了百千伏级高压柔性直流输电系统集成设计方法，实现了大规模新能源并网和区域电网互联的整体工程应用。 2.标准2中第5、6部分，世界上首次设计了自主化的高压大容量柔性直流输电换流阀关键装备，实现了直流电压从±160kV到±350kV、输送容量从百兆瓦到千兆瓦的跨越式突破。 3.标准3中第5部分，世界上首次提出了柔性直流输电控制与保护设备的体系化技术要求，有效支撑柔性直流输电工程控制保护系统的研发。 4.标准1中第9部分、标准2中第7部分、标准3中第6部分，世界上首次提出了覆盖柔性直流输电系统研究、装备研制、主设备试验的试验技术。 项目获得专利15项（发明专利12项）、软件著作权1项，发表论文14篇，专著1部。相关成果通过了中国电机工程学会及中国机械工业联合会的成果鉴定，鉴定委员会一致认为“多端柔性直流输电技术处于国际领先水平”、“研发的千兆瓦级柔性直流背靠背系统装备具有完全自主知识产权，达到国际领先水平”。 本系列标准已成功应用在云南电网与南网主网鲁西背靠背直流异步联网工程、乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程、三峡如东海上风电柔性直流输电示范项目中的系统成套设计、换流阀、控制保护等核心设备研制中，社会经济效益显著。 项目完成的国家标准是柔性直流输电技术成果转化为知识产权的直接体现，通过成功实施和推广应用，建成了产学研用科研团队，培养了大批专业技术人才，带动了国内高压大容量柔性直流输电换流器、控制保护等核心装备制造业的发展，提升了我国能源科技自主创新能力和国际竞争力，践行了国家创新驱动发展战略。

本项目在南方电网公司及超高压输电公司重点科技项目的支持下，立足自主创新，基于鲁西背靠背异步联网工程前期面临的高电压大容量柔性直流换流阀及其控制系统设备研制、控制保护功能设计所面临的技术难题，结合并联混合直流异步联网工程新设备精细运维遇到的新问题，以及工程建成投产后在一二次设备运行维护过程中出现的问题，主要从大容量高电压柔直换流阀及阀控系统、并联混合直流控制保护系统和设备运行维护等三个方面开展技术研究。 本项目获得国家发明专利授权10 项，实用新型专利授权8 项。在核心期刊发表论文9 篇。在中国电力出版社出版专著“背靠背柔性直流输电运行维护”1 部。形成南方电网公司企业标准《柔性直流电压源换流器状态评价导则》1 份，这是国内第一个柔性直流输电工程设备状态评价标准。该项目提出的高压力均匀传递功率模块结构和精密自校正压装工艺、利用柔直无功调节优势参与常规直流无功调节的背靠背混合直流无功协调控制策略、新型快速故障检测方法以及新型换相失败预测控制策略，研制的基于压接式和塑封式大容量功率器件的柔性直流换流阀及控制保护装置、柔直换流阀多维度数据集成系统，建立的基于多元线性回归的电压源换流器状态评价体系，均已直接应用于鲁西背靠背异步联网工程、云贵互联工程、昆柳龙直流输电工程，运行效果良好，有效提升了鲁西背靠背直流工程运行可靠性，促进了我国高电压大容量柔性直流输电整体设计技术、装备制造业、试验技术的发展创新，提升了我国在柔性直流输电领域的技术水平。

项目属于电力系统及其自动化学科领域；柔性直流技术相比于传统交、直流技术具有更高的灵活性，目前已成功应用于高压大容量直流输电中，并逐步向直流配电网延伸，具有广阔的应用前景。控制保护系统作为柔性直流技术的核心，对柔性直流的暂、稳态响应特性起着至关重要的作用。 项目围绕高压大容量柔性直流输电控制保护亟待解决的端间及单元间协调控制、交直流故障处理、成套装备稳定性与可靠性等关键问题，进行深入的研究与技术攻关，成功研制具有高控制精度、高可靠性的柔性直流输电控制保护系统并在工程实现。 项目已获授权发明专利12项，实用新型专利2项，软件著作权1项，发表国内外论文7篇。研究成果已成功应用于云南电网与南网主网鲁西背靠背直流异步联网工程、渝鄂背靠背等重要直流输电项目中，对新能源接入及大电网异步互联应用上起到关键性作用。

本书紧扣“电力系统异步联网运行”主题，从电力系统的发展演变出发，介绍了电力系统异步互联结构形态，分析了电力系统异步运行的特征，系统地阐述了电力系统异步运行安全稳定控制技术和数字仿真技术，并结合实践经验总结了电力系统异步运行的典型案例，对新型电力系统异步运行的发展趋势和构建进行了展望。

针对超多电平柔直换流器的控制保护系统，本项目提出并实现了一套基于实时仿真技术的半实物仿真测设、分析方法与平台，完成了柔性直流关键控制保护策略的优化设计与验证。本项目属子直流输电技术、电力系统仿真与测试技术领域。 本项目破解了大规模、多节点数、多拓扑结构的模块化多电平换流器的高效实时仿真的难题，构建了仿真模型与闭环试验平台，在鲁西异步联网工程等得到了应用，为科研与工程项目提供了有力支撑，进了柔性直流输电技术的发展与应用。

南方电网广西电力调度控制中心（简称“调度中心”）隶属南方电网广西电网公司，是广西电网运行的组织、指挥、指导和协调机构，也是广西区域内唯一合法的省级调度机构，管理着我国西部首个包含水、火、核、风、光等多种电源形式、交直流混合、异步联网的超高压大容量电网，为提供西电东送的重要电压和电源支撑发挥了强有力的保障作用。截至2017年底，调管区域覆盖广西壮族自治区14个地级市，供电人口超过5200多万。 电力调度是电网企业的核心部门，安全责任大、技术精尖钻、攻坚任务重、急难问题多、人才素质高，需要用文化实力汇聚力量，更好地促进企业改革发展。调度中心“上承南网总纲、下接专业特色、内合中心工作、外融地域人文、深植文化底蕴”，打造了“行稳·有度”文化体系，提高了文化软实力，为实现广西电网安全、经济、优质、环保运行提供了有力保障。

本专利提出了一种基于灵敏度分析的水轮机调速器参数整定方法，包括计算异步联网送端系统负荷的频率响应系数；建立水轮机系统开环传递函数，并求解相应的阶跃响应函数；根据计算的频率响应系数建立异步联网下水轮机及其调速闭环系统的状态空间方程，并求解建立的状态空间方程实部最大的特征值及其对应的阻尼比；根据建立的状态空间方程及其实部最大的特征值，对水轮机及其调速闭环系统进行特征值灵敏度分析；根据特征值灵敏度分析的结果结合求解的阶跃响应函数以及求解的阻尼比，以水电机组在阶跃响应下的一次调频动作特性最优为目标，迭代求解水轮机调速器的最优参数。本专利所提出的方法，已经成功运用在云南电网500kV所有主力水电厂的机组调速参数整定中，能够有效避免外部阻尼的降低和水轮机的水锤效应造成的超低频振荡，鲁棒性更强，同时还保障了云南电网的一次调频性能，对于优化异步联网系统安全防线的设计有着重要的意义，和良好的实际应用价值。