國家風光儲輸示范電站
何為虛擬同步機技術？簡言之，該技術能使新能源機組由“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。
在風光儲輸示范電站，由理論一步步變?yōu)楝F(xiàn)實的虛擬同步機技術正在使冀北地區(qū)豐富而“任性”的清潔電力更加適應“訓練有素”的電網(wǎng)陣營。
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，具備自動有功調(diào)頻、無功調(diào)壓、削峰填谷和黑啟動等綜合功能。電站式虛擬同步機的建成投運標志著我國虛擬同步機主要技術方案在光伏、風電和電站式三大類型上實現(xiàn)全覆蓋。
據(jù)冀北電力公司相關負責人介紹，虛擬同步機技術通過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(jié)，使新能源能夠自適應地參與系統(tǒng)的頻率和電壓調(diào)節(jié)，同時具備阻尼系統(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。
虛擬同步機技術自1997年提出以來，英國、美國、德國、荷蘭等新能源大國都在努力攻關。世界同行研究20年未果，中國首先實現(xiàn)突破。2016年，國家電網(wǎng)公司開展電網(wǎng)前瞻技術研究，依托國家風光儲輸示范工程，啟動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、南瑞集團等單位開展了關鍵技術攻關和裝備研制，最終攻破技術難關，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)提供了新的技術手段。
據(jù)悉，此前，虛擬同步機技術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、風電、電站式三類虛擬同步機裝置，主要技術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路線，研發(fā)了光伏發(fā)電最大功率跟蹤與虛擬同步機協(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)頻和主動電壓調(diào)節(jié)等功能。世界首套2兆瓦風電虛擬同步機于2017年11月全部建成投運，基于原控制系統(tǒng)，通過增加控制環(huán)節(jié)、優(yōu)化控制策略，采用預留備用、風機轉(zhuǎn)動慣量兩種調(diào)頻支撐技術路線，使風機能夠主動感知并適應電力系統(tǒng)運行變化，具備自動有功調(diào)頻、無功調(diào)壓、阻尼系統(tǒng)振蕩等能力。
此外，在實體工程建設過程中，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(xù)推廣階段，將在示范工程改造經(jīng)驗的基礎上，對國家風光儲輸示范電站內(nèi)剩余117臺各型風機進行虛擬同步機改造，總?cè)萘窟_到317.5兆瓦。
截至2017年11月，我國風電裝機容量約達1.82億千瓦，光伏裝機容量達1.26億千瓦，規(guī)模均居世界第一。新能源已成為17個省級電網(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40%，大規(guī)模、高比例新能源將成為我國新一代電力系統(tǒng)的重要特征。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國冀北區(qū)域新能源裝機容量1474.81萬千瓦，統(tǒng)調(diào)裝機占比達到53.09%，是我國第一個新能源裝機占比超過50%的省級電網(wǎng)。預計到2030年，張家口可再生能源示范區(qū)內(nèi)風電、光伏和光熱裝機將分別達2000萬、2400萬和600萬千瓦。
“正如一個孩子小的時候，我們都關心他的成長，不太強調(diào)他的責任。但是當他長大以后，我們會越來越強調(diào)他的責任。我國新能源快速發(fā)展，現(xiàn)已到了需要關注其責任的時候。”中國電力科學研究院院長、中國工程院院士郭劍波表示，虛擬同步機技術正是讓新能源“擔起責任”的方法。
楊晉柏表示：“電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟運行，既依賴于電網(wǎng)技術、裝備的提升，又依賴于各類并網(wǎng)電源協(xié)同發(fā)揮各自的支撐作用。虛擬同步機技術可使新能源發(fā)電技術更加智能，實現(xiàn)清潔能源友好并網(wǎng)，將有效促進能源轉(zhuǎn)型，為新能源大規(guī)模發(fā)電奠定基礎。”
