國家風(fēng)光儲輸示范電站
何為虛擬同步機技術(shù)？簡(jiǎn)言之，該技術(shù)能使新能源機組由“我行我素”的“自轉”變?yōu)?ldquo;協(xié)調統一”的“公轉”，主動(dòng)支撐電網(wǎng)頻率、電壓波動(dòng)，有力保障電網(wǎng)安全穩定運行。
在風(fēng)光儲輸示范電站，由理論一步步變?yōu)楝F實(shí)的虛擬同步機技術(shù)正在使冀北地區豐富而“任性”的清潔電力更加適應“訓練有素”的電網(wǎng)陣營(yíng)。
此次投運的電站式虛擬同步機采用電壓控制型虛擬同步機技術(shù)，具備自動(dòng)有功調頻、無(wú)功調壓、削峰填谷和黑啟動(dòng)等綜合功能。電站式虛擬同步機的建成投運標志著(zhù)我國虛擬同步機主要技術(shù)方案在光伏、風(fēng)電和電站式三大類(lèi)型上實(shí)現全覆蓋。
據冀北電力公司相關(guān)負責人介紹，虛擬同步機技術(shù)通過(guò)將同步機的機電暫態(tài)方程引入電力電子設備控制環(huán)節，使新能源能夠自適應地參與系統的頻率和電壓調節，同時(shí)具備阻尼系統振蕩的功能，可使新能源發(fā)電的特性最大限度接近常規火電。
虛擬同步機技術(shù)自1997年提出以來(lái)，英國、美國、德國、荷蘭等新能源大國都在努力攻關(guān)。世界同行研究20年未果，中國首先實(shí)現突破。2016年，國家電網(wǎng)公司開(kāi)展電網(wǎng)前瞻技術(shù)研究，依托國家風(fēng)光儲輸示范工程，啟動(dòng)新能源虛擬同步機示范工程建設。國網(wǎng)冀北電力公司協(xié)同中國電科院、許繼集團、南瑞集團等單位開(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核心技術(shù)，為大規模新能源友好并網(wǎng)提供了新的技術(shù)手段。
據悉，此前，虛擬同步機技術(shù)的研究主要停留在理論和微電網(wǎng)應用層面，此次國網(wǎng)建成世界首個(gè)具備虛擬同步機功能的新能源電站，研制大容量新能源虛擬同步機，填補了虛擬同步機技術(shù)在大電網(wǎng)應用方面的空白。截至目前，國網(wǎng)公司已成功研制了光伏、風(fēng)電、電站式三類(lèi)虛擬同步機裝置，主要技術(shù)指標均達到預期要求。其中，世界首套500千瓦光伏虛擬同步機已于2016年12月全部建成投運。采用增加超級電容、磷酸鐵鋰電池兩種技術(shù)路線(xiàn)，研發(fā)了光伏發(fā)電最大功率跟蹤與虛擬同步機協(xié)調控制系統，使光伏發(fā)電單元具備了慣量支撐、一次調頻和主動(dòng)電壓調節等功能。世界首套2兆瓦風(fēng)電虛擬同步機于2017年11月全部建成投運，基于原控制系統，通過(guò)增加控制環(huán)節、優(yōu)化控制策略，采用預留備用、風(fēng)機轉動(dòng)慣量?jì)煞N調頻支撐技術(shù)路線(xiàn)，使風(fēng)機能夠主動(dòng)感知并適應電力系統運行變化，具備自動(dòng)有功調頻、無(wú)功調壓、阻尼系統振蕩等能力。
此外，在實(shí)體工程建設過(guò)程中，國家電網(wǎng)還探索建立了虛擬同步機裝備試驗檢測體系，全面驗證了虛擬同步機的性能并提出了應用推廣建議。按照“先示范、后推廣”原則，在后續推廣階段，將在示范工程改造經(jīng)驗的基礎上，對國家風(fēng)光儲輸示范電站內剩余117臺各型風(fēng)機進(jìn)行虛擬同步機改造，總容量達到317.5兆瓦。
截至2017年11月，我國風(fēng)電裝機容量約達1.82億千瓦，光伏裝機容量達1.26億千瓦，規模均居世界第一。新能源已成為17個(gè)省級電網(wǎng)的第二大電源，其中冀北、甘肅、寧夏等省級電網(wǎng)新能源裝機占比已超過(guò)40%，大規模、高比例新能源將成為我國新一代電力系統的重要特征。統計數據顯示，我國冀北區域新能源裝機容量1474.81萬(wàn)千瓦，統調裝機占比達到53.09%，是我國第一個(gè)新能源裝機占比超過(guò)50%的省級電網(wǎng)。預計到2030年，張家口可再生能源示范區內風(fēng)電、光伏和光熱裝機將分別達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(cháng)，不太強調他的責任。但是當他長(cháng)大以后，我們會(huì )越來(lái)越強調他的責任。我國新能源快速發(fā)展，現已到了需要關(guān)注其責任的時(shí)候。”中國電力科學(xué)研究院院長(cháng)、中國工程院院士郭劍波表示，虛擬同步機技術(shù)正是讓新能源“擔起責任”的方法。
楊晉柏表示：“電力系統的安全、可靠、經(jīng)濟運行，既依賴(lài)于電網(wǎng)技術(shù)、裝備的提升，又依賴(lài)于各類(lèi)并網(wǎng)電源協(xié)同發(fā)揮各自的支撐作用。虛擬同步機技術(shù)可使新能源發(fā)電技術(shù)更加智能，實(shí)現清潔能源友好并網(wǎng)，將有效促進(jìn)能源轉型，為新能源大規模發(fā)電奠定基礎。”
