国网西北分部攻克“沙戈荒”大基地电压控制难题

来源：中国能源新闻网 时间：2026-03-09 17:51

从“被动响应”到“主动安全”，引领新能源电压控制技术突破性发展

——国网西北分部构建“随新而动”智慧电压控制系统   攻克“沙戈荒”大基地电压控制难题

卫琳 程林

　　在广袤的西北大地，一场深刻的能源变革正在悄然推进。2021年以来，国家为加快实现“双碳”目标，在以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地建设项目清单中，西北地区承担了高达1.18亿千瓦的建设任务，占全国总量的一半以上。这些被称为“沙戈荒”的新能源大基地，承载着我国能源结构绿色转型的重要使命，却也因其自然条件与电网环境的特殊性，带来了前所未有的技术挑战——尤其是电压稳定问题。

　　西北“沙戈荒”地区地广人稀，远离电网主网架和负荷中心，缺乏常规电源的有效支撑。新能源发电的随机性、波动性，在这类薄弱电网中极易引发电压剧烈波动，日内波动幅度可达数十千伏，严重时可能导致设备脱网、系统失稳，甚至引发连锁故障。电压问题不同于频率、功角等全局性问题，它更依赖于局部无功资源的快速响应与协同控制，而传统控制模式已难以适应高比例新能源接入下的复杂场景。

　　在此背景下，国网西北分部主动担当、创新突破，历时数年研发并成功投运了“随新而动”智慧电压控制系统。该系统不仅实现了从“被动应对”到“主动预防”的控制理念跨越，更在实际运行中显著提升了电网安全水平和新能源消纳能力，为我国构建新型电力系统贡献了重要的“西北方案”。

　　时代背景与深层挑战：“沙戈荒”大基地为何电压控制如此艰难？

　　要理解“随新而动”系统的创新价值，首先要看清“沙戈荒”大基地面临的特殊困境。这些基地大多布局在风光资源富集但电网结构薄弱的偏远地区，其电压控制难题源于多方面因素的叠加。

　　一是电网结构的先天不足。“沙戈荒”地区远离负荷中心，输电距离长，电网结构相对稀疏，短路容量小，电压支撑能力弱。新能源大规模集中接入后，其出力波动会直接引起汇集点电压的剧烈变化，传统依靠同步发电机提供电压支撑的模式在此类场景下难以奏效。

　　二是新能源发电的强不确定性。风电、光伏发电受天气影响显著，具有间歇性、波动性和反调峰特性。尤其在风光资源突变时，功率的快速变化会导致无功需求剧烈波动。若无法及时响应，极易造成电压越限甚至崩溃。

　　三是与特高压直流运行的深度耦合。西北地区是我国“西电东送”的重要送端，多条特高压直流线路将清洁电力远距离输送至中东部负荷中心。直流输电系统的运行状态会直接影响交流电网的电压水平，而“沙戈荒”大基地多位于这些直流近区，二者相互影响，控制复杂度大幅增加。

　　四是电力电子设备交互的复杂动态。新能源场站及配套的SVG等设备均通过电力电子器件并网，其动态响应特性与传统同步机有本质区别，多设备之间的协调控制难度大，容易引发次同步振荡等新型稳定问题。

　　国网西北分部技术专家卫琳指出：“在‘沙戈荒’场景下，电压问题不再是局部、静态的问题，而是全局、动态、强耦合的系统性问题。传统的‘头痛医头、脚痛医脚’式控制已无法满足安全运行要求，必须构建一套具有前瞻性、协同性和自适应性的智慧控制体系。”

　　创新破局：打造“随新而动”系统智慧内核

　　面对上述挑战，国网西北分部没有走修修补补的老路，而是从机理分析入手，充分挖掘新能源本身及各类电力电子设备的控制潜力，构建了一套以“感知预测、协同优化、自适应执行”为核心的“随新而动”智慧电压控制系统。其创新主要体现在以下三个层面：

　　第一，控制理念之变：从“被动响应”到“主动安全”。传统电压控制多为“事件驱动”模式，即在监测到电压越限后再启动校正控制，属于滞后响应。而“随新而动”系统构建了“预测-预判-预防”的闭环主动防控体系。系统深度融合新能源超短期功率预测（未来15分钟至4小时）与特高压直流功率计划，结合预先建立的“沙戈荒典型故障集”，滚动计算未来时段内各关键节点的电压安全裕度与变化趋势，识别风险窗口，并提前生成预防控制策略，将风险化解在萌芽状态。

　　第二，控制架构之变：从“分散独立”到“协同优化”。系统不再将新能源场站、SVG、直流换流站等设备视为独立控制对象，而是基于高比例电力电子化电网的物理特性，建立全网动态无功资源协同优化模型。通过实时感知各设备的运行状态与调节能力，系统以全网静态电压安全域为约束，以动态无功储备适应新能源出力趋势为目标，在线求解最优无功分布策略，实现对无功储备的“全局优化、分层分区、就地平衡”，使有限的调节资源发挥最大效能。

　　第三，控制策略之变：从“固定规则”到“自适应调整”。系统创新性地引入“静态电压安全域”分析方法，将复杂的电压稳定约束转化为直观的可运行区域。在此基础上，控制策略能够根据电网实时运行点与安全域边界的相对位置，自适应地调整控制目标和强度，实现“随新而动”。即动态无功储备跟随新能源出力和直流功率的变化趋势进行柔性预留和释放。这种自适应机制大大提升了控制系统对复杂多变运行工况的适应能力。

　　第四，技术融合之变：从“传统自动化”到“智慧化决策”。系统深度融合了电力系统分析理论、大数据预测技术、运筹优化算法和电力电子控制技术。它就像一个不知疲倦的“电网智慧大脑”，7*24小时不间断地执行“态势感知-趋势预测-风险评估-策略生成-指令下发-效果评估”的完整决策闭环，将运行人员从繁重的实时监视与人工干预中解放出来，专注于更高层次的运行管理和异常处置。

　　实践检验：安全与效益的双重突破

　　任何技术创新，最终都要接受实践的检验。“随新而动”智慧电压控制系统已在西北电网多个关键区域投入实际运行，覆盖了特高压昭沂、庆东、坤渝、中衡等多条直流近区的新能源密集送出通道，守护着“沙戈荒”大基地的并网安全。

　　运行数据是最有力的证明。系统投运后，相关新能源场站的电压波动幅度平均降低超过36%，电压合格率提升至更高水平。这意味着电网在接纳波动性绿色电力的同时，电压质量反而得到了显著改善，系统运行的平稳性大幅增强。更关键的是，系统成功预防了多起因风光骤变可能引发的电压越限事件，将潜在风险化解于无形，有效保障了主网架和特高压直流输电安全，避免了可能因电压失稳导致的大面积停电风险，社会效益巨大。

　　在经济效益层面，系统的贡献同样可观。首先，通过精细化协同控制，减少了无功设备（如SVG）的频繁动作和损耗，延长了设备寿命，降低了运维成本。其次，通过稳定电压水平，保障了输电通道的输送能力，减少了因电压问题导致的输电阻塞，促进了新能源电量的高效消纳。据估算，系统在提升通道利用率、促进新能源发电等方面创造的间接经济效益十分显著。此外，该技术的成功应用，为后续更大规模“沙戈荒”基地的并网运行扫清了关键技术障碍，为国家和企业节省了潜在的巨额安全改造成本。

　　行业贡献与未来展望

　　“随新而动”智慧电压控制系统的成功研发与应用，不仅解决了国网西北分部的燃眉之急，更对我国乃至全球高比例新能源电网的运行控制产生了深远影响。该项创新技术先后荣获中国电力企业联合会电力创新一等奖、中国安全生产协会安全科学技术奖等奖项，获得了行业权威机构的高度认可。这标志着我国在新能源电网主动安全控制领域取得了世界领先水平的重大突破，形成了一套完整的技术体系、装备体系和标准体系，为其他面临类似挑战的地区提供了可借鉴、可复制的“西北样板”。

　　从河西走廊的连绵风车，到天山南北的蔚蓝光伏，这套“智慧大脑”正日夜不息地护航着纵横千里的绿色能源大动脉。然而，技术的进步永无止境。面向未来，随着“沙戈荒”基地规模的进一步扩大，以及构网型新能源、储能等新元素的广泛接入，电网的动态特性将更加复杂。

　　国网西北分部已经开启了新一轮的技术探索。下一步，研发团队将致力于融合人工智能、数字孪生、云边协同等前沿技术，推动电压控制向更高阶的“主动规划”和“智能免疫”阶段演进。未来的系统将不仅能够“预判风险”，更能“自主演化”，通过深度学习历史数据和模拟推演，提前规划最优的无功资源布局和控制参数；在遭遇极端故障时，能像免疫系统一样快速识别、精准隔离、自适应恢复，真正构筑起坚不可摧的电网安全防线。

　　“随新而动”，动的不仅是无功储备，更是发展理念与控制智慧。这项扎根于西北大地、诞生于实践需求的创新，生动诠释了“能源科技自立自强”的深刻内涵，为我国新型电力系统建设和能源绿色转型注入了强大的技术动能，照亮了通往绿色未来的安全之路。

责任编辑：杨娜