在全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的浪潮中，我國(guó)正積極推進(jìn)大型新能源基地建設(shè)，這些基地主要分布在沙漠、戈壁及荒漠地帶，利用豐富的風(fēng)光資源，通過(guò)特高壓直流輸電技術(shù)，將清潔電力遠(yuǎn)距離輸送至需求旺盛的中東部地區(qū)。這一戰(zhàn)略舉措不僅促進(jìn)了能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，也帶來(lái)了前所未有的輸電安全挑戰(zhàn)。
隨著“雙碳”目標(biāo)的深入實(shí)施，我國(guó)規(guī)劃了“三交九直”的電力輸送網(wǎng)絡(luò)，旨在將西北地區(qū)豐富的新能源電力高效輸送至負(fù)荷中心。然而，這一系統(tǒng)特性鮮明：新能源占比極高，傳統(tǒng)電源支撐不足，電力電子設(shè)備成為關(guān)鍵要素。這一轉(zhuǎn)變雖然帶來(lái)了能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，但也暴露了新能源發(fā)電設(shè)備的脆弱性，如抗干擾能力弱，故障時(shí)易發(fā)生暫態(tài)過(guò)電壓和同步失穩(wěn)，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致大規(guī)模脫網(wǎng)。
尤為值得注意的是，新能源脫網(wǎng)可能觸發(fā)連鎖反應(yīng)，使得交直流系統(tǒng)間的故障相互交織，形成復(fù)雜且難以預(yù)測(cè)的多時(shí)間尺度故障模式。例如，直流換相失敗后，送端電壓急劇上升，若新能源發(fā)電設(shè)備的控制模式切換不及時(shí)，將持續(xù)注入無(wú)功功率，進(jìn)而引發(fā)暫態(tài)過(guò)電壓，嚴(yán)重制約直流輸電能力。歷史上，青豫特高壓直流和天中直流都曾因類似問(wèn)題而不得不降低輸送功率或遭遇風(fēng)電大規(guī)模脫網(wǎng)。
面對(duì)這一復(fù)雜挑戰(zhàn)，山東大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新的解決方案——構(gòu)建動(dòng)態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與防控體系。該體系以“風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估—滾動(dòng)預(yù)警—協(xié)同控制”為核心，運(yùn)用智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源輸電系統(tǒng)的全面監(jiān)控與保護(hù)。在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估階段，系統(tǒng)整合多維度數(shù)據(jù)，通過(guò)智能算法快速篩選出關(guān)鍵運(yùn)行場(chǎng)景，建立“預(yù)想事故庫(kù)”，精準(zhǔn)識(shí)別潛在的高風(fēng)險(xiǎn)故障鏈。
滾動(dòng)預(yù)警機(jī)制是該體系的亮點(diǎn)之一?？紤]到新能源預(yù)測(cè)精度的時(shí)效性，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了多時(shí)間尺度的預(yù)警機(jī)制，包括6小時(shí)、1小時(shí)和15分鐘的預(yù)警。這一遞進(jìn)式預(yù)警能夠?qū)崟r(shí)追蹤風(fēng)險(xiǎn)變化，為不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的控制措施提供科學(xué)依據(jù)。在控制層面，體系強(qiáng)調(diào)“源網(wǎng)儲(chǔ)直”的協(xié)同作用，通過(guò)智能調(diào)度新能源發(fā)電、電網(wǎng)、儲(chǔ)能設(shè)備與直流系統(tǒng)，制定有效的預(yù)防控制策略。
技術(shù)層面，該體系突破了一系列傳統(tǒng)方法的局限。在高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障識(shí)別方面，團(tuán)隊(duì)利用改進(jìn)的智能算法，構(gòu)建了高效的故障演化模型，準(zhǔn)確捕捉故障傳播路徑，快速定位關(guān)鍵脆弱環(huán)節(jié)。在動(dòng)態(tài)安全評(píng)估方面，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了“電氣坐標(biāo)系”概念，結(jié)合深度學(xué)習(xí)與集成學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)功角穩(wěn)定、暫態(tài)電壓、頻率安全等多維度指標(biāo)的快速準(zhǔn)確評(píng)估。
針對(duì)直流輸送能力的評(píng)估問(wèn)題，技術(shù)團(tuán)隊(duì)建立了包含暫態(tài)過(guò)電壓、同步穩(wěn)定等約束的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)多特征視圖學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)了不同場(chǎng)景下最大輸送功率的快速計(jì)算，為調(diào)度決策提供了有力支持。
目前，這套動(dòng)態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系已在部分新能源基地進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用，其快速響應(yīng)能力得到了驗(yàn)證。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷優(yōu)化和完善，該體系有望在全國(guó)范圍內(nèi)推廣，為“三交九直”等重大輸電通道提供更加堅(jiān)實(shí)的安全保障。
新能源與直流輸電系統(tǒng)的深度融合，正引領(lǐng)著能源轉(zhuǎn)型的新趨勢(shì)。盡管面臨電力電子設(shè)備復(fù)雜特性和多時(shí)間尺度動(dòng)態(tài)交互等挑戰(zhàn)，但通過(guò)持續(xù)深化機(jī)理認(rèn)知、優(yōu)化智能算法，我國(guó)在新能源安全輸電領(lǐng)域正不斷取得原創(chuàng)性成果，為全球能源轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)著“中國(guó)智慧”和“中國(guó)方案”。這條從沙漠風(fēng)電基地到城市負(fù)荷中心的清潔電力輸送之路，正變得更加安全、高效，為千家萬(wàn)戶送去穩(wěn)定可靠的綠色能源。
