國家風(fēng)光儲輸示范電站
何為虛擬同步機技術(shù)？簡言之，該技術(shù)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(fēng)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(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。
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(biāo)志著我國虛擬同步機主要技術(shù)方案在光伏、風(fēng)電和電站式三大類型上實現(xiàn)全覆蓋。
據(jù)冀北電力公司相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，虛擬同步機技術(shù)通過將同步機的機電暫態(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(shù)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(guān)。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(shù)研究，依托國家風(fēng)光儲輸示范工程，啟動新能源虛擬同步機示范工程建設(shè)。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(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(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(shù)在大電網(wǎng)應(yīng)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、電站式三類虛擬同步機裝置，主要技術(shù)指標(biāo)均達到預(yù)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，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(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(tǒng)，通過增加控制環(huán)節(jié)、優(yōu)化控制策略，采用預(yù)留備用、風(fēng)機轉(zhuǎn)動慣量兩種調(diào)頻支撐技術(shù)路線，使風(fēng)機能夠主動感知并適應(yīng)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(shè)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(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)驗的基礎(chǔ)上，對國家風(fēng)光儲輸示范電站內(nèi)剩余117臺各型風(fēng)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(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(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(yù)計到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(guān)心他的成長，不太強調(diào)他的責(zé)任。但是當(dāng)他長大以后，我們會越來越強調(diào)他的責(zé)任。我國新能源快速發(fā)展，現(xiàn)已到了需要關(guān)注其責(zé)任的時候。”中國電力科學(xué)研究院院長、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(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)濟運行，既依賴于電網(wǎng)技術(shù)、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(shù)可使新能源發(fā)電技術(shù)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(chǔ)。”
