我國率先攻克虛擬同步機技術 不聽話的新能源被“馴服”
由于可有效破解光伏、風電等新能源大規(guī)模友好并網(wǎng)難題，20年來，發(fā)達國家一直在努力攻關虛擬同步機技術，但始終未有實質(zhì)突破。近日，世界首個具備虛擬同步機功能的新能源電站在國家風光儲輸示范電站建成投運——新能源并網(wǎng)的最大技術難題就此被一舉攻克。這對我國推動能源轉型，構建清潔低碳、安全高效的能源體系具有重大而深遠的意義。
近年來，光伏、風電等新能源因清潔環(huán)保得到快速發(fā)展，但在不斷優(yōu)化能源結構的同時，也為我國電網(wǎng)的安全運行帶來了一定挑戰(zhàn)。在電力系統(tǒng)里，發(fā)電和用電是同時完成的，即用戶需要多少電，電廠就要發(fā)多少電，如果發(fā)電端無法與大電網(wǎng)的節(jié)奏保持一致，就會出現(xiàn)問題。
在我國大力發(fā)展新能源之前，煤電占據(jù)了絕對主力電源的位置。雖然污染較大，但是煤電的“紀律性”非常強，可以始終服從命令：電力需求大時，電廠就多發(fā)電;需求小時，就少發(fā)電，始終與大電網(wǎng)系統(tǒng)“配合默契”。反觀新能源，它雖然清潔，但最大的毛病就是不“聽話”。比如光伏發(fā)電，需要光照足夠充足;風電發(fā)電，又需要風力達到足夠要求。新能源的步調(diào)很難與大電網(wǎng)保持一致，導致其大規(guī)模安全并網(wǎng)成為長期難題。
保持用電量和發(fā)電量的動態(tài)平衡是電網(wǎng)安全運行的關鍵。為保障新能源大規(guī)模安全并網(wǎng)，就需要用到新能源虛擬同步機——這一“馴服”新能源的好幫手。
“新能源虛擬同步機科技示范工程歷時兩年，是國家電網(wǎng)公司十大科技創(chuàng)新示范工程之一�！眹W(wǎng)冀北電力有限公司科技信通部主任王葆潔介紹說，這一技術能夠使新能源機組由“我行我素”的“自轉”轉變?yōu)椤皡f(xié)調(diào)統(tǒng)一”的“公轉”，主動支撐電網(wǎng)頻率、電壓波動，有力保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
王葆潔介紹，虛擬同步發(fā)電機技術是一種通過模擬同步發(fā)電機組的機電暫態(tài)特性，使采用變流器的電源具有同步發(fā)電機組的慣量、阻尼、一次調(diào)頻、無功調(diào)壓等并網(wǎng)運行外特性的技術。更為重要的是，虛擬同步機并不需要對電網(wǎng)大規(guī)模改造，不僅實用性強，還經(jīng)濟實惠。
為攻克這一世界級難題，國網(wǎng)冀北電力協(xié)同中國電科院、南瑞集團等單位開展了關鍵技術攻關和裝備研制，最終全面掌握了虛擬同步機核心技術，為大規(guī)模新能源友好并網(wǎng)提供了新技術手段，鞏固了我國在相關領域的技術引領地位。
記者了解到，示范工程取得了多個成果：相繼在虛擬同步機抑制系統(tǒng)振蕩、大容量變流器低電壓穿越等方面取得12項關鍵技術突破，建成投運風電、光伏和電站式三類虛擬同步機;完成了世界首次基于虛擬同步機的新能源電站黑啟動試驗，驗證了三類虛擬同步機的性能指標，以及在大規(guī)模新能源匯集地區(qū)應用的可行性，填補了相關技術研究和示范應用空白;此外，基于技術經(jīng)濟對比分析，首次提出儲能優(yōu)化配置方案和風機轉速綜合恢復策略，解決了實際運行難題，形成了風儲配合的應用模式。
據(jù)悉，該工程建成投運后，提升了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平，為新能源友好并網(wǎng)提供了標準典范，這對于建設國家張家口可再生能源示范區(qū)和我國清潔能源大規(guī)模開發(fā)利用具有重要意義。
