風(fēng)光儲(chǔ)輸示范電站再添利器

:2017年12月27日，世界首個(gè)具備虛擬同步機(jī)功能的新能源電站在位于張家口的國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范電站建成投運(yùn)。據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司副總經(jīng)理?xiàng)顣x柏介紹，工程總計(jì)改造風(fēng)機(jī)59臺(tái)共118兆瓦、500千瓦光伏逆變器24臺(tái)共12兆瓦，新建5兆瓦電站式虛擬同步機(jī)2套。

國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范電站 趙秉忠/攝

何為虛擬同步機(jī)技術(shù)？簡(jiǎn)言之，該技術(shù)能使新能源機(jī)組由“我行我素”的“自轉(zhuǎn)”變?yōu)?ldquo;協(xié)調(diào)統(tǒng)一”的“公轉(zhuǎn)”，主動(dòng)支撐電網(wǎng)頻率、電壓波動(dòng)，有力保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在風(fēng)光儲(chǔ)輸示范電站，由理論一步步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的虛擬同步機(jī)技術(shù)正在使冀北地區(qū)豐富而“任性”的清潔電力更加適應(yīng)“訓(xùn)練有素”的電網(wǎng)陣營(yíng)。

此次投運(yùn)的電站式虛擬同步機(jī)采用電壓控制型虛擬同步機(jī)技術(shù)，具備自動(dòng)有功調(diào)頻、無(wú)功調(diào)壓、削峰填谷和黑啟動(dòng)等綜合功能。電站式虛擬同步機(jī)的建成投運(yùn)標(biāo)志著我國(guó)虛擬同步機(jī)主要技術(shù)方案在光伏、風(fēng)電和電站式三大類(lèi)型上實(shí)現(xiàn)全覆蓋。

據(jù)冀北電力公司相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，虛擬同步機(jī)技術(shù)通過(guò)將同步機(jī)的機(jī)電暫態(tài)方程引入電力電子設(shè)備控制環(huán)節(jié)，使新能源能夠自適應(yīng)地參與系統(tǒng)的頻率和電壓調(diào)節(jié)，同時(shí)具備阻尼系統(tǒng)振蕩的功能，可使新能源發(fā)電的特性最大限度接近常規(guī)火電。

虛擬同步機(jī)技術(shù)自1997年提出以來(lái)，英國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、荷蘭等新能源大國(guó)都在努力攻關(guān)。世界同行研究20年未果，中國(guó)首先實(shí)現(xiàn)突破。2016年，國(guó)家電網(wǎng)公司開(kāi)展電網(wǎng)前瞻技術(shù)研究，依托國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程，啟動(dòng)新能源虛擬同步機(jī)示范工程建設(shè)。國(guó)網(wǎng)冀北電力公司協(xié)同中國(guó)電科院、許繼集團(tuán)、南瑞集團(tuán)等單位開(kāi)展了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和裝備研制，最終攻破技術(shù)難關(guān)，全面掌握了虛擬同步機(jī)核心技術(shù)，為大規(guī)模新能源友好并網(wǎng)提供了新的技術(shù)手段。

據(jù)悉，此前，虛擬同步機(jī)技術(shù)的研究主要停留在理論和微電網(wǎng)應(yīng)用層面，此次國(guó)網(wǎng)建成世界首個(gè)具備虛擬同步機(jī)功能的新能源電站，研制大容量新能源虛擬同步機(jī)，填補(bǔ)了虛擬同步機(jī)技術(shù)在大電網(wǎng)應(yīng)用方面的空白。截至目前，國(guó)網(wǎng)公司已成功研制了光伏、風(fēng)電、電站式三類(lèi)虛擬同步機(jī)裝置，主要技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期要求。其中，世界首套500千瓦光伏虛擬同步機(jī)已于2016年12月全部建成投運(yùn)。采用增加超級(jí)電容、磷酸鐵鋰電池兩種技術(shù)路線，研發(fā)了光伏發(fā)電最大功率跟蹤與虛擬同步機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，使光伏發(fā)電單元具備了慣量支撐、一次調(diào)頻和主動(dòng)電壓調(diào)節(jié)等功能。世界首套2兆瓦風(fēng)電虛擬同步機(jī)于2017年11月全部建成投運(yùn)，基于原控制系統(tǒng)，通過(guò)增加控制環(huán)節(jié)、優(yōu)化控制策略，采用預(yù)留備用、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)煞N調(diào)頻支撐技術(shù)路線，使風(fēng)機(jī)能夠主動(dòng)感知并適應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行變化，具備自動(dòng)有功調(diào)頻、無(wú)功調(diào)壓、阻尼系統(tǒng)振蕩等能力。

此外，在實(shí)體工程建設(shè)過(guò)程中，國(guó)家電網(wǎng)還探索建立了虛擬同步機(jī)裝備試驗(yàn)檢測(cè)體系，全面驗(yàn)證了虛擬同步機(jī)的性能并提出了應(yīng)用推廣建議。按照“先示范、后推廣”原則，在后續(xù)推廣階段，將在示范工程改造經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范電站內(nèi)剩余117臺(tái)各型風(fēng)機(jī)進(jìn)行虛擬同步機(jī)改造，總?cè)萘窟_(dá)到317.5兆瓦。

截至2017年11月，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量約達(dá)1.82億千瓦，光伏裝機(jī)容量達(dá)1.26億千瓦，規(guī)模均居世界第一。新能源已成為17個(gè)省級(jí)電網(wǎng)的第二大電源，其中冀北、甘肅、寧夏等省級(jí)電網(wǎng)新能源裝機(jī)占比已超過(guò)40%，大規(guī)模、高比例新能源將成為我國(guó)新一代電力系統(tǒng)的重要特征。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)冀北區(qū)域新能源裝機(jī)容量1474.81萬(wàn)千瓦，統(tǒng)調(diào)裝機(jī)占比達(dá)到53.09%，是我國(guó)第一個(gè)新能源裝機(jī)占比超過(guò)50%的省級(jí)電網(wǎng)。預(yù)計(jì)到2030年，張家口可再生能源示范區(qū)內(nèi)風(fēng)電、光伏和光熱裝機(jī)將分別達(dá)2000萬(wàn)、2400萬(wàn)和600萬(wàn)千瓦。

“正如一個(gè)孩子小的時(shí)候，我們都關(guān)心他的成長(zhǎng)，不太強(qiáng)調(diào)他的責(zé)任。但是當(dāng)他長(zhǎng)大以后，我們會(huì)越來(lái)越強(qiáng)調(diào)他的責(zé)任。我國(guó)新能源快速發(fā)展，現(xiàn)已到了需要關(guān)注其責(zé)任的時(shí)候。”中國(guó)電力科學(xué)研究院院長(zhǎng)、中國(guó)工程院院士郭劍波表示，虛擬同步機(jī)技術(shù)正是讓新能源“擔(dān)起責(zé)任”的方法。

楊晉柏表示：“電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，既依賴于電網(wǎng)技術(shù)、裝備的提升，又依賴于各類(lèi)并網(wǎng)電源協(xié)同發(fā)揮各自的支撐作用。虛擬同步機(jī)技術(shù)可使新能源發(fā)電技術(shù)更加智能，實(shí)現(xiàn)清潔能源友好并網(wǎng)，將有效促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型，為新能源大規(guī)模發(fā)電奠定基礎(chǔ)。”