國網(wǎng)西北分部攻克“沙戈荒”大基地電壓控制難題
來源：中國能源新聞網(wǎng) 時間：2026-03-09 17:51
從“被動響應”到“主動安全”，引領新能源電壓控制技術突破性發(fā)展
——國網(wǎng)西北分部構建“隨新而動”智慧電壓控制系統(tǒng) 攻克“沙戈荒”大基地電壓控制難題
衛(wèi)琳 程林
在廣袤的西北大地，一場深刻的能源變革正在悄然推進。2021年以來，國家為加快實現(xiàn)“雙碳”目標，在以沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)為重點的大型風電光伏基地建設項目清單中，西北地區(qū)承擔了高達1.18億千瓦的建設任務，占全國總量的一半以上。這些被稱為“沙戈荒”的新能源大基地，承載著我國能源結構綠色轉(zhuǎn)型的重要使命，卻也因其自然條件與電網(wǎng)環(huán)境的特殊性，帶來了前所未有的技術挑戰(zhàn)——尤其是電壓穩(wěn)定問題。
西北“沙戈荒”地區(qū)地廣人稀，遠離電網(wǎng)主網(wǎng)架和負荷中心，缺乏常規(guī)電源的有效支撐。新能源發(fā)電的隨機性、波動性，在這類薄弱電網(wǎng)中極易引發(fā)電壓劇烈波動，日內(nèi)波動幅度可達數(shù)十千伏，嚴重時可能導致設備脫網(wǎng)、系統(tǒng)失穩(wěn)，甚至引發(fā)連鎖故障。電壓問題不同于頻率、功角等全局性問題，它更依賴于局部無功資源的快速響應與協(xié)同控制，而傳統(tǒng)控制模式已難以適應高比例新能源接入下的復雜場景。
在此背景下，國網(wǎng)西北分部主動擔當、創(chuàng)新突破，歷時數(shù)年研發(fā)并成功投運了“隨新而動”智慧電壓控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了從“被動應對”到“主動預防”的控制理念跨越，更在實際運行中顯著提升了電網(wǎng)安全水平和新能源消納能力，為我國構建新型電力系統(tǒng)貢獻了重要的“西北方案”。
時代背景與深層挑戰(zhàn)：“沙戈荒”大基地為何電壓控制如此艱難？
要理解“隨新而動”系統(tǒng)的創(chuàng)新價值，首先要看清“沙戈荒”大基地面臨的特殊困境。這些基地大多布局在風光資源富集但電網(wǎng)結構薄弱的偏遠地區(qū)，其電壓控制難題源于多方面因素的疊加。
一是電網(wǎng)結構的先天不足?！吧掣昊摹钡貐^(qū)遠離負荷中心，輸電距離長，電網(wǎng)結構相對稀疏，短路容量小，電壓支撐能力弱。新能源大規(guī)模集中接入后，其出力波動會直接引起匯集點電壓的劇烈變化，傳統(tǒng)依靠同步發(fā)電機提供電壓支撐的模式在此類場景下難以奏效。
二是新能源發(fā)電的強不確定性。風電、光伏發(fā)電受天氣影響顯著，具有間歇性、波動性和反調(diào)峰特性。尤其在風光資源突變時，功率的快速變化會導致無功需求劇烈波動。若無法及時響應，極易造成電壓越限甚至崩潰。
三是與特高壓直流運行的深度耦合。西北地區(qū)是我國“西電東送”的重要送端，多條特高壓直流線路將清潔電力遠距離輸送至中東部負荷中心。直流輸電系統(tǒng)的運行狀態(tài)會直接影響交流電網(wǎng)的電壓水平，而“沙戈荒”大基地多位于這些直流近區(qū)，二者相互影響，控制復雜度大幅增加。
四是電力電子設備交互的復雜動態(tài)。新能源場站及配套的SVG等設備均通過電力電子器件并網(wǎng)，其動態(tài)響應特性與傳統(tǒng)同步機有本質(zhì)區(qū)別，多設備之間的協(xié)調(diào)控制難度大，容易引發(fā)次同步振蕩等新型穩(wěn)定問題。
國網(wǎng)西北分部技術專家衛(wèi)琳指出：“在‘沙戈荒’場景下，電壓問題不再是局部、靜態(tài)的問題，而是全局、動態(tài)、強耦合的系統(tǒng)性問題。傳統(tǒng)的‘頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳’式控制已無法滿足安全運行要求，必須構建一套具有前瞻性、協(xié)同性和自適應性的智慧控制體系。”
創(chuàng)新破局：打造“隨新而動”系統(tǒng)智慧內(nèi)核
面對上述挑戰(zhàn)，國網(wǎng)西北分部沒有走修修補補的老路，而是從機理分析入手，充分挖掘新能源本身及各類電力電子設備的控制潛力，構建了一套以“感知預測、協(xié)同優(yōu)化、自適應執(zhí)行”為核心的“隨新而動”智慧電壓控制系統(tǒng)。其創(chuàng)新主要體現(xiàn)在以下三個層面：
第一，控制理念之變：從“被動響應”到“主動安全”。傳統(tǒng)電壓控制多為“事件驅(qū)動”模式，即在監(jiān)測到電壓越限后再啟動校正控制，屬于滯后響應。而“隨新而動”系統(tǒng)構建了“預測-預判-預防”的閉環(huán)主動防控體系。系統(tǒng)深度融合新能源超短期功率預測（未來15分鐘至4小時）與特高壓直流功率計劃，結合預先建立的“沙戈荒典型故障集”，滾動計算未來時段內(nèi)各關鍵節(jié)點的電壓安全裕度與變化趨勢，識別風險窗口，并提前生成預防控制策略，將風險化解在萌芽狀態(tài)。
第二，控制架構之變：從“分散獨立”到“協(xié)同優(yōu)化”。系統(tǒng)不再將新能源場站、SVG、直流換流站等設備視為獨立控制對象，而是基于高比例電力電子化電網(wǎng)的物理特性，建立全網(wǎng)動態(tài)無功資源協(xié)同優(yōu)化模型。通過實時感知各設備的運行狀態(tài)與調(diào)節(jié)能力，系統(tǒng)以全網(wǎng)靜態(tài)電壓安全域為約束，以動態(tài)無功儲備適應新能源出力趨勢為目標，在線求解最優(yōu)無功分布策略，實現(xiàn)對無功儲備的“全局優(yōu)化、分層分區(qū)、就地平衡”，使有限的調(diào)節(jié)資源發(fā)揮最大效能。
第三，控制策略之變：從“固定規(guī)則”到“自適應調(diào)整”。系統(tǒng)創(chuàng)新性地引入“靜態(tài)電壓安全域”分析方法，將復雜的電壓穩(wěn)定約束轉(zhuǎn)化為直觀的可運行區(qū)域。在此基礎上，控制策略能夠根據(jù)電網(wǎng)實時運行點與安全域邊界的相對位置，自適應地調(diào)整控制目標和強度，實現(xiàn)“隨新而動”。即動態(tài)無功儲備跟隨新能源出力和直流功率的變化趨勢進行柔性預留和釋放。這種自適應機制大大提升了控制系統(tǒng)對復雜多變運行工況的適應能力。
第四，技術融合之變：從“傳統(tǒng)自動化”到“智慧化決策”。系統(tǒng)深度融合了電力系統(tǒng)分析理論、大數(shù)據(jù)預測技術、運籌優(yōu)化算法和電力電子控制技術。它就像一個不知疲倦的“電網(wǎng)智慧大腦”，7*24小時不間斷地執(zhí)行“態(tài)勢感知-趨勢預測-風險評估-策略生成-指令下發(fā)-效果評估”的完整決策閉環(huán)，將運行人員從繁重的實時監(jiān)視與人工干預中解放出來，專注于更高層次的運行管理和異常處置。
實踐檢驗：安全與效益的雙重突破
任何技術創(chuàng)新，最終都要接受實踐的檢驗?！半S新而動”智慧電壓控制系統(tǒng)已在西北電網(wǎng)多個關鍵區(qū)域投入實際運行，覆蓋了特高壓昭沂、慶東、坤渝、中衡等多條直流近區(qū)的新能源密集送出通道，守護著“沙戈荒”大基地的并網(wǎng)安全。
運行數(shù)據(jù)是最有力的證明。系統(tǒng)投運后，相關新能源場站的電壓波動幅度平均降低超過36%，電壓合格率提升至更高水平。這意味著電網(wǎng)在接納波動性綠色電力的同時，電壓質(zhì)量反而得到了顯著改善，系統(tǒng)運行的平穩(wěn)性大幅增強。更關鍵的是，系統(tǒng)成功預防了多起因風光驟變可能引發(fā)的電壓越限事件，將潛在風險化解于無形，有效保障了主網(wǎng)架和特高壓直流輸電安全，避免了可能因電壓失穩(wěn)導致的大面積停電風險，社會效益巨大。
在經(jīng)濟效益層面，系統(tǒng)的貢獻同樣可觀。首先，通過精細化協(xié)同控制，減少了無功設備（如SVG）的頻繁動作和損耗，延長了設備壽命，降低了運維成本。其次，通過穩(wěn)定電壓水平，保障了輸電通道的輸送能力，減少了因電壓問題導致的輸電阻塞，促進了新能源電量的高效消納。據(jù)估算，系統(tǒng)在提升通道利用率、促進新能源發(fā)電等方面創(chuàng)造的間接經(jīng)濟效益十分顯著。此外，該技術的成功應用，為后續(xù)更大規(guī)?！吧掣昊摹被氐牟⒕W(wǎng)運行掃清了關鍵技術障礙，為國家和企業(yè)節(jié)省了潛在的巨額安全改造成本。
行業(yè)貢獻與未來展望
“隨新而動”智慧電壓控制系統(tǒng)的成功研發(fā)與應用，不僅解決了國網(wǎng)西北分部的燃眉之急，更對我國乃至全球高比例新能源電網(wǎng)的運行控制產(chǎn)生了深遠影響。該項創(chuàng)新技術先后榮獲中國電力企業(yè)聯(lián)合會電力創(chuàng)新一等獎、中國安全生產(chǎn)協(xié)會安全科學技術獎等獎項，獲得了行業(yè)權威機構的高度認可。這標志著我國在新能源電網(wǎng)主動安全控制領域取得了世界領先水平的重大突破，形成了一套完整的技術體系、裝備體系和標準體系，為其他面臨類似挑戰(zhàn)的地區(qū)提供了可借鑒、可復制的“西北樣板”。
從河西走廊的連綿風車，到天山南北的蔚藍光伏，這套“智慧大腦”正日夜不息地護航著縱橫千里的綠色能源大動脈。然而，技術的進步永無止境。面向未來，隨著“沙戈荒”基地規(guī)模的進一步擴大，以及構網(wǎng)型新能源、儲能等新元素的廣泛接入，電網(wǎng)的動態(tài)特性將更加復雜。
國網(wǎng)西北分部已經(jīng)開啟了新一輪的技術探索。下一步，研發(fā)團隊將致力于融合人工智能、數(shù)字孿生、云邊協(xié)同等前沿技術，推動電壓控制向更高階的“主動規(guī)劃”和“智能免疫”階段演進。未來的系統(tǒng)將不僅能夠“預判風險”，更能“自主演化”，通過深度學習歷史數(shù)據(jù)和模擬推演，提前規(guī)劃最優(yōu)的無功資源布局和控制參數(shù)；在遭遇極端故障時，能像免疫系統(tǒng)一樣快速識別、精準隔離、自適應恢復，真正構筑起堅不可摧的電網(wǎng)安全防線。
“隨新而動”，動的不僅是無功儲備，更是發(fā)展理念與控制智慧。這項扎根于西北大地、誕生于實踐需求的創(chuàng)新，生動詮釋了“能源科技自立自強”的深刻內(nèi)涵，為我國新型電力系統(tǒng)建設和能源綠色轉(zhuǎn)型注入了強大的技術動能，照亮了通往綠色未來的安全之路。
責任編輯：楊娜
