“虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)，可解決光伏、風(fēng)電等新能源大規(guī)模友好并網(wǎng)難”
一直以來，大家感慨—風(fēng)光”無限好，何以欠消納！那么這是什么樣的技術(shù)，對未來光伏、風(fēng)電發(fā)展又有什么積極影響？
近年來，我國可再生能源裝機(jī)量一路飆升，風(fēng)電、光電、水電已成為我國能源供應(yīng)的“綠色發(fā)動機(jī)”。但在不斷優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的同時，也為我國電網(wǎng)的安全運(yùn)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。這樣目前也導(dǎo)致了清潔能源源源不絕，卻無法充分有效利用，大量棄電問題猶如一道緊箍咒，制約行業(yè)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和環(huán)境優(yōu)化。
清潔能源消納問題現(xiàn)狀
在廣袤的西北、華北、東北和河流密布的西南地區(qū)，高聳的風(fēng)力發(fā)電機(jī)、連綿的光伏電站、大大小小的水電站，正在將豐富的風(fēng)能、太陽能和水能轉(zhuǎn)化成清潔電。
2016年，全國棄風(fēng)、棄光電量約500億千瓦時，超過某些國家一年的用電量。有人痛心地將棄電現(xiàn)象比喻為“將一捆捆鈔票往火里扔”。一些地方花了錢，征了地，建設(shè)了風(fēng)電站、水電站和太陽能電站，可電再便宜也送不出。應(yīng)該說，這一問題已引起了高度關(guān)注。有效緩解棄風(fēng)棄光狀況是2017年政府工作報告布置的一項重要任務(wù)。
黨的十九大報告也提出，壯大清潔能源產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。在國家重視之下，今年以來，風(fēng)光棄電現(xiàn)象有所好轉(zhuǎn)，但問題遠(yuǎn)未解決。據(jù)國家能源局發(fā)布的數(shù)據(jù)，今年前三季度，棄風(fēng)率同比下降6.7個百分點(diǎn)，棄光率同比下降4個百分點(diǎn)。但局部地區(qū)棄風(fēng)、棄光問題依然嚴(yán)峻，其中棄風(fēng)問題尤為突出，甘肅、新疆、吉林前三季度棄風(fēng)率分別高達(dá)33%、29.3%、19%。
虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)，可解決光伏、風(fēng)電等新能源大規(guī)模友好并網(wǎng)難
近日，世界首個具備虛擬同步機(jī)功能的新能源電站在國家風(fēng)光儲輸示范電站建成投運(yùn)——新能源并網(wǎng)的最大技術(shù)難題就此被一舉攻克。20年來，發(fā)達(dá)國家一直在努力攻關(guān)虛擬同步機(jī)技術(shù)，但始終未有實(shí)質(zhì)突破。要保證風(fēng)電、太陽能發(fā)電優(yōu)先上網(wǎng)，火電就要變成調(diào)度電源。虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)保持用電量和發(fā)電量的動態(tài)平衡，是電網(wǎng)安全運(yùn)行的關(guān)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(jī)——這一“馴服”新能源的好幫手。
清潔能源發(fā)電上網(wǎng)難，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面是主因。由于可再生能源發(fā)電具有隨機(jī)性、波動性和間接性的特點(diǎn)，可能導(dǎo)致電網(wǎng)側(cè)調(diào)峰能力不足。如何優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行、提高現(xiàn)有輸電通道利用效率、充分發(fā)揮電網(wǎng)關(guān)鍵平臺作用，已成為解決問題的關(guān)鍵。
國家發(fā)改委和國家能源局日前聯(lián)合發(fā)布《解決棄水棄風(fēng)棄光問題實(shí)施方案》，提出到2020年在全國范圍內(nèi)有效解決棄水棄風(fēng)棄光問題。這是國家層面首次提出解決棄水、棄風(fēng)、棄光的時間表和量化指標(biāo)，彰顯能源低碳轉(zhuǎn)型的堅定決心。
按照國家電網(wǎng)公司規(guī)劃，到2020年，我國將基本建成堅強(qiáng)智能電網(wǎng)，形成以華北、華東、華中特高壓同步電網(wǎng)為接受端，東北、西北電網(wǎng)為輸送端，連接全國各大煤電、水電、核電和可再生能源發(fā)電基地的堅強(qiáng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
何謂虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)？
虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)是一種通過模擬同步發(fā)電機(jī)組的機(jī)電暫態(tài)特性，使采用變流器的電源具有同步發(fā)電機(jī)組的慣量、阻尼、一次調(diào)頻、無功調(diào)壓等并網(wǎng)運(yùn)行外特性的技術(shù)。更為重要的是，虛擬同步機(jī)并不需要對電網(wǎng)大規(guī)模改造，不僅實(shí)用性強(qiáng)，還經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。
“新能源虛擬同步機(jī)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。”國網(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(shù)能夠使新能源機(jī)組由“我行我素”的“自轉(zhuǎn)”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(yùn)行。
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(tuán)等單位開展了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和裝備研制，最終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)提供了新技術(shù)手段，鞏固了我國在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)引領(lǐng)地位。
示范工程取得了多個成果：
相繼在虛擬同步機(jī)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(guān)鍵技術(shù)突破，建成投運(yùn)風(fēng)電、光伏和電站式三類虛擬同步機(jī)；
完成了世界首次基于虛擬同步機(jī)的新能源電站黑啟動試驗(yàn)，驗(yàn)證了三類虛擬同步機(jī)的性能指標(biāo)，以及在大規(guī)模新能源匯集地區(qū)應(yīng)用的可行性，填補(bǔ)了相關(guān)技術(shù)研究和示范應(yīng)用空白；
基于技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比分析，首次提出儲能優(yōu)化配置方案和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速綜合恢復(fù)策略，解決了實(shí)際運(yùn)行難題，形成了風(fēng)儲配合的應(yīng)用模式。
據(jù)悉，該工程建成投運(yùn)后，提升了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，為新能源友好并網(wǎng)提供了標(biāo)準(zhǔn)典范，這對于建設(shè)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。
