网讯：7月14日，甘肃省新能源发电装机规模突破4000万千瓦，占全省电源总装机容量的55.30%，创历史新高。
不仅是甘肃，在整个西北电网范围内，新能源发电装机在电力总装机的占比逐年提高。新能源发电更大规模、更高比例、更广范围接入，对电网技术提出了更高要求。
针对绿电消纳，南瑞集团有限公司近年持续攻坚，其研发的新能源场站全景监控系统的投运，夯实了西北电网系统保护源端感知和精益执行的基础，引领了新能源场站全景监控技术的推广应用，有力支撑了源网友好互动。
近年来，随着远距离跨区输电规模增长及新能源并网规模扩大，电源、电网结构发生深刻变化，影响电网安全的因素增多。现有火电、水电等传统机组采用同步电机，具有较强的机械惯性，因此，电力系统动态稳定性具有较大的时间常数（秒—分钟级）；而新能源并网引入的电力电子装置具有低惯性、低短路容量、弱抗扰性和多时间尺度响应特性，导致局部电力系统动态特性时间常数更小（毫秒级）、频域更宽（数百赫兹）、安全性更复杂。一旦出现故障，容易由于电压或频率异常而大规模脱网，从而引发系统连锁故障，同时故障穿越等短时性扰动造成的影响也比以往更为严重，威胁高比例新能源电网安全稳定运行。因此，电力系统迫切需要感知新能源机组动态全过程。
传统稳控系统无法感知新能源机组动态全过程，故障过程中的功率跌落无法区分是永久性还是瞬时性；新能源脱网的记录分析手段少，事件发生后对事件的追溯分析难度大，难以采取应对措施；现有新能源场站稳控装置基于馈线切除的稳控措施难以满足大冲击下连续、协调的控制要求，控制措施单一、粗放，控制颗粒度大。因此，亟须对新能源监视和控制手段进行技术创新。
在国网西北分部和国网甘肃电力的指导下，南瑞集团有限公司基于国家电网有限公司新型电力系统科技攻关计划项目——“应对高比例新能源接入的电力系统安全防御及韧性提升技术研究”，持续开展新能源机组毫秒级监视和控制难题攻关，坚持“自主可控、安全可靠”原则，持续开展新能源场站全景监控技术研发，不断完善核心技术和迭代升级功能设备，实现了新能源场站的状态全景感知、故障实时跟踪、资源多维协同、控制柔性精益。2021年10月，新能源场站全景监控系统通过中国电机工程学会组织的专家鉴定，整体达到国际领先水平。2022年5月，该系统在甘肃安马第二风电场正式投入运行，首次实现单场站单装置百台级机组同时接入及毫秒级精益感知与控制，系统性能指标全面超过相关技术标准要求，是当前国内功能最全、规模最大的新能源场站全景监控系统。
全程感知 柔性控制
无论是风机还是光伏逆变器，在设计时均以满足常态并网发电为目标，没有考虑电网紧急控制应用场景，仅依靠发电单元本体很多技术思路无法实施，或是改造成本太大。
南瑞集团有限公司创新引入“源控终端”概念，系统架构包括安全稳定控制装置、紧急态监控装置、源控终端。其中稳控装置是全景监控系统的大脑，负责向上级稳控装置上送整站可切量、接收切机命令，优化整站控制策略，向紧急态监控装置发送精准切机命令；紧急态监控装置是承上启下的中间设备，负责整站机组状态的实时汇聚，执行精准切机策略，向源控终端发送切单机命令；源控终端是系统末端执行设备，负责机组状态毫秒级实时感知与上送，接收切机命令切除单台机组。
第一，机组状态全过程感知。利用每个发电单元部署的源控终端采集箱式变压器低压侧电气量、开关量，源控终端实时自主判断机组状态，并将该状态实时上传至紧急态监控装置，再至稳控装置，实现机组状态电网事故前、事故中、事故后的全过程毫秒级状态实时感知。
第二，功率损失量精确计算。紧急态监控装置实时采集源控终端上送的发电单元信息，在电网发生严重交直流故障时，接收电网故障信号触发启动进入功率损失量统计逻辑，考虑低穿的影响，只计及由于脱网导致的功率损失总量，并送至安全稳定控制装置，安全稳定控制装置将此损失量上送至电网稳控系统，用于大电网精准紧急控制。
第三，新能源精益柔性控制。当前，在电网紧急情况下对风电场和光伏电站的控制普遍采取直接切除馈线的方式，此方式单一、粗放，光伏逆变器功率快速调节特性为柔性控制提供了必要条件。新能源场站全景系统在收到紧急切机命令后，以单个发电单元为最小控制对象执行控制命令，直接切除风电机组或向光伏逆变器发出功率调节指令，进行功率快速柔性控制，达到精益、柔性控制。
第四，可控资源监视。安全稳定控制层装置向调度主站上送新能源场站发电单元以及系统运行工况等信息，用于新能源可控资源可视化、标签化展示；电网发生故障时，安全稳定控制层装置通过动态录波功能，记录发电单元在电网事故前后的运行状况，向调度主站上送录波文件，用于事故追忆反演。
架构灵活 保障可靠
新能源场站全景监控系统在技术创新上具有坚实基础。系统架构做到了功能解耦、设计分层、接入方便、扩展灵活，状态感知依靠机组状态自主判别、故障过程实时跟踪，精益控制达到整站优化决策、单机精准切除、措施经济精细，可靠保障由系统状态在线诊断、稳控措施安全有效实现。具体技术创新体现在三个方面。
第一，首创提出全站新能源发电单元“毫秒级状态聚合与控制解耦”的紧急控制系统架构。实现了新能源场站“过程层监控、间隔层集控、站控层稳控”三层毫秒级控制功能的清晰解耦及控制协调，使得新能源场站对机组的监控在时间上拓展至毫秒级，在空间上拓展至单机组。
第二，首创实现新能源发电单元状态快速感知方法。自主快速判断风电机组、光伏逆变器当前状态，解决了传统稳控系统无法快速获取机组运行状态的问题。
第三，首创实现基于最小过切原则的调/切资源协同优化方法。该方法通过稳控装置补充切馈线措施来保证紧急控制满足控制需求，实现新能源场站紧急控制核心功能不失效，解决设备异常情况下稳定控制措施执行不到位的问题。
新能源场站全景监控系统的投运，夯实了西北电网系统保护源端感知和精益执行的基础，引领了新能源场站全景监控技术的推广应用，有力支撑了源网友好互动，对进一步提升西北电网稳定控制的安全性和经济性具有重大意义。项目研发的全套技术装备、积累的推广应用经验、形成的专业技术标准，将为新型电力系统建设提供可靠技术和装备保障，提升我国大型新能源基地安全稳定运行水平，为“双碳”目标下的新型网源协调体系建设提供重要参考。
（作者系南瑞集团有限公司电网安全稳定控制技术分公司控制厂站工程部项目经理）
