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風(fēng)光儲輸示范電站再添利器

核心提示: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。
   2017年12月27日,世界首個具備虛擬同步機功能的新能源電站在位于張家口的國家風(fēng)光儲輸示范電站建成投運。據(jù)國家電網(wǎng)公司副總經(jīng)理楊晉柏介紹,工程總計改造風(fēng)機59臺共118兆瓦、500千瓦光伏逆變器24臺共12兆瓦,新建5兆瓦電站式虛擬同步機2套。
  
  風(fēng)光儲輸示范電站再添利器
  
  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)。”

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