近年來，在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，我國光伏、風(fēng)電等新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展提速，預(yù)計(jì)到2030年，我國光伏、風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模將突破12億千瓦。從電力系統(tǒng)運(yùn)行的角度來看，可再生能源的高滲透導(dǎo)致新型電力系統(tǒng)面臨兩個(gè)主要挑戰(zhàn)：一方面，太陽能和風(fēng)能發(fā)電的隨機(jī)性與波動(dòng)性，導(dǎo)致用電需求高峰期時(shí)電力系統(tǒng)面臨平衡和資源充足性的挑戰(zhàn);另一方面，傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)被分布式電力電子裝備大量取代，也帶來低慣量的挑戰(zhàn)。
新型電力系統(tǒng)低慣量的挑戰(zhàn)亟需解決
傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)由許多同步發(fā)電機(jī)構(gòu)成，由于同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與阻尼特性，在系統(tǒng)發(fā)生頻率事件時(shí)，提供或吸納多余的能量。科華數(shù)能技術(shù)中心總經(jīng)理曾春保分析說，新能源大規(guī)模接入，擠占常規(guī)機(jī)組開機(jī)空間，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量降低、調(diào)頻能力下降，給電力系統(tǒng)帶來一系列問題：
一是系統(tǒng)慣量降低，調(diào)頻能力下降，導(dǎo)致頻率變化加快、波動(dòng)幅度增大、穩(wěn)態(tài)頻率偏差增大，頻率越限風(fēng)險(xiǎn)增加。
二是無功支撐不足，新能源機(jī)組動(dòng)態(tài)無功支撐能力較常規(guī)電源弱，隨著新能源占比快速提高，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無功儲(chǔ)備及支撐能力急劇下降，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題突出。
三是新能源高占比地區(qū)暫態(tài)過電壓嚴(yán)重，新能源大規(guī)模接入導(dǎo)致系統(tǒng)短路容量下降，電壓支撐能力降低，使暫態(tài)過電壓問題突出，可能超過設(shè)備耐受水平，造成新能源大規(guī)模脫網(wǎng)或設(shè)備損壞。
四是新能源大規(guī)模接入使功角穩(wěn)定特性復(fù)雜，新能源的控制方式、故障穿越策略、接入位置等都會(huì)影響系統(tǒng)功角穩(wěn)定;慣量下降導(dǎo)致穩(wěn)定問題時(shí)間尺度縮短，暫態(tài)過程加快，不確定性增加，影響電網(wǎng)穩(wěn)定。
五是寬頻振蕩現(xiàn)象相繼出現(xiàn)。基于電力電子裝置的新能源發(fā)電設(shè)備具有快速響應(yīng)的特性，在傳統(tǒng)同步電網(wǎng)以工頻為基礎(chǔ)的穩(wěn)定問題之外(功角穩(wěn)定、低頻振蕩等問題)，出現(xiàn)了中頻帶、高頻帶的電力電子裝置涉網(wǎng)穩(wěn)定性問題。近年來，我國河北和新疆等風(fēng)電匯集地區(qū)相繼出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。寬頻振蕩問題嚴(yán)重危害設(shè)備安全和電網(wǎng)運(yùn)行安全。
科華數(shù)能構(gòu)網(wǎng)控制策略助力新型電力系統(tǒng)構(gòu)建
針對(duì)上述問題，目前國內(nèi)外學(xué)者提出了多種構(gòu)網(wǎng)控制策略。近幾年，學(xué)術(shù)界基本達(dá)成一個(gè)共識(shí)，就是要把儲(chǔ)能變流器都改造成構(gòu)網(wǎng)變流器。
目前，我國西藏、新疆、青海等多地都已經(jīng)提出，鼓勵(lì)按比例強(qiáng)制配置構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能變流器。比如，2023年5月，西藏發(fā)改委就首次提出風(fēng)電光伏新能源項(xiàng)目配套儲(chǔ)能需“加裝構(gòu)網(wǎng)型裝置”的要求。
未來行業(yè)發(fā)展過程中，利用構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能來彌補(bǔ)“雙高”電網(wǎng)下系統(tǒng)的慣量降低，是新型儲(chǔ)能領(lǐng)域的長期技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，成為行業(yè)熱點(diǎn)，也是一種必然現(xiàn)象。
構(gòu)網(wǎng)型變流器是基于功率定向的電壓源。曾春保表示，在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)中引入構(gòu)網(wǎng)控制技術(shù)，可以有效提升系統(tǒng)短路電流水平，提高系統(tǒng)強(qiáng)度;為系統(tǒng)提供阻尼和慣性，改善系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性;當(dāng)系統(tǒng)失步解列時(shí)快速響應(yīng)，提升系統(tǒng)的第一搖擺周期穩(wěn)定性，主動(dòng)支撐系統(tǒng)恢復(fù);削弱電力系統(tǒng)間諧波和不平衡電壓帶來的影響。
作為儲(chǔ)能行業(yè)龍頭企業(yè)，科華數(shù)能是最早從事構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能研發(fā)設(shè)計(jì)的企業(yè)之一。據(jù)悉，早在2018年，該公司就開始布局研究儲(chǔ)能系統(tǒng)的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略，并在同年實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能變流器電壓源模式并網(wǎng)。
作為構(gòu)網(wǎng)控制策略的關(guān)鍵技術(shù)之一，虛擬同步發(fā)電機(jī)控制本質(zhì)是通過控制變流器產(chǎn)生基于功率定向的電壓源，從而獲得類似同步發(fā)電機(jī)一樣的運(yùn)行特性。
2023年，科華數(shù)能在寧夏百M(fèi)W級(jí)共享儲(chǔ)能項(xiàng)目開展構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用，應(yīng)對(duì)寧夏弱網(wǎng)地區(qū)實(shí)現(xiàn)構(gòu)網(wǎng)型電力支撐，采用虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)，可以通過復(fù)制同步電機(jī)的行為和性能來加強(qiáng)電網(wǎng)，可以起到快速調(diào)頻調(diào)壓、增加慣量和短路容量、抑制寬頻震蕩等作用。提升新能源和新型儲(chǔ)能抗干擾、主動(dòng)支撐等涉網(wǎng)能力，積極創(chuàng)新構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)，推動(dòng)新能源從并網(wǎng)向構(gòu)網(wǎng)轉(zhuǎn)變。
構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能應(yīng)用——科華數(shù)能寧夏區(qū)域共享儲(chǔ)能項(xiàng)目
2022年，科華數(shù)能為伊拉克石油部、電力部提供光儲(chǔ)柴構(gòu)網(wǎng)型微網(wǎng)解決方案，系統(tǒng)采用構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能結(jié)合弱電網(wǎng)特征的光伏逆變器+柴發(fā)構(gòu)建微電網(wǎng)系統(tǒng)。此外，科華數(shù)能近年還在新疆油田、密克羅海島光儲(chǔ)柴微網(wǎng)等項(xiàng)目中驗(yàn)證了其儲(chǔ)能產(chǎn)品的構(gòu)網(wǎng)技術(shù)性能。
科華數(shù)能伊拉克光儲(chǔ)柴充項(xiàng)目應(yīng)用構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能
2021年，采用構(gòu)網(wǎng)控制技術(shù)的科華數(shù)能PCS，在深圳熱電廠助力全國首個(gè)9E級(jí)機(jī)組實(shí)現(xiàn)黑啟動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)所有PCS通過電壓源模式并機(jī)在帶載情況下完成2次同期調(diào)相、調(diào)壓，單次啟動(dòng)完成2次不同母線的無縫切換。該技術(shù)路線填補(bǔ)了多項(xiàng)黑啟動(dòng)領(lǐng)域的國內(nèi)空白，成為全球首例采用儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)9E級(jí)機(jī)組黑啟動(dòng)的項(xiàng)目。
科華數(shù)能深圳南山電廠9E級(jí)機(jī)組黑啟動(dòng)項(xiàng)目應(yīng)用構(gòu)網(wǎng)型支撐能力
在新能源發(fā)電側(cè)配儲(chǔ)領(lǐng)域，構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能主要提升了系統(tǒng)慣量、增強(qiáng)了頻率與電壓支撐能力、控制短路容量和改善電網(wǎng)阻尼特性等特性，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的支撐。隨著儲(chǔ)能技術(shù)快速發(fā)展，科華數(shù)能始終牢牢把握客戶價(jià)值訴求，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，持續(xù)開展技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)。
曾春保表示，科華數(shù)能還將對(duì)平抑新能源發(fā)電波動(dòng)、提升系統(tǒng)慣量、增強(qiáng)頻率與電壓支撐能力、控制短路容量和改善電網(wǎng)阻尼特性等技術(shù)的有效性進(jìn)行驗(yàn)證與試點(diǎn)，通過工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)積累夯實(shí)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用基座，提升科華數(shù)能儲(chǔ)能產(chǎn)品的技術(shù)實(shí)力，加速構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)的全面應(yīng)用，在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的道路上，為構(gòu)建更加穩(wěn)定的電網(wǎng)貢獻(xiàn)力量。(仲新源)
作者：仲新源
評(píng)論