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风电的福音!新能源大规模并网难题被攻克

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-02-01  浏览次数:928

中国光伏、风电等新能源行业发展迅速,但是,因为其间歇性等固有特点,并网一直是困扰行业发展的难题之一。

现在,随着虚拟同步机技术的突破,这一难题有望得到解决。

虚拟同步机技术——自1997年提出以来,因其对大规模新能源友好并网具有颠覆性支撑作用,而为全球业界期待了20年,发达国家一直在努力攻关十余年,一直未有实质突破。

近日,世界首个具备虚拟同步机功能的新能源电站在国家风光储输示范电站建成投运——新能源并网的最大技术难题就此被一举攻克。这对我国推动能源转型,构建清洁低碳、安全高效的能源体系具有重大而深远的意义。

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国家风光储输示范电站

我国率先攻克虚拟同步机技术

光伏、风电等新能源因清洁环保得到快速发展,但在不断优化能源结构的同时,也为我国电网的安全运行带来了一定挑战。在电力系统里,发电和用电是同时完成的,即用户需要多少电,电厂就要发多少电,如果发电端无法与大电网的节奏保持一致,就会出现问题。

在我国大力发展新能源之前,煤电占据了绝对主力电源的位置。虽然污染较大,但是煤电的“纪律性”非常强,可以始终服从命令:电力需求大时,电厂就多发电;需求小时,就少发电,始终与大电网系统“配合默契”。

反观新能源,它虽然清洁,但最大的毛病就是不“听话”。比如光伏发电,需要光照足够充足;风电发电,又需要风力达到足够要求。新能源的步调很难与大电网保持一致,导致其大规模安全并网成为长期难题。

保持用电量和发电量的动态平衡是电网安全运行的关键。为保障新能源大规模安全并网,就需要用到新能源虚拟同步机——这一“驯服”新能源的好帮手。

此前,虚拟同步机技术的研究主要停留在理论和微电网应用层面,此次国家电网公司建成世界首个具备虚拟同步机功能的新能源电站,研制大容量新能源虚拟同步机,填补了虚拟同步机技术在大电网应用方面的空白。

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预计到2030年,张家口可再生能源示范区内风电、光伏和光热装机将分别达2000万、2400万和600万千瓦。

何谓虚拟同步发电机技术?

据国网冀北电力公司相关负责人介绍,虚拟同步发电机技术是一种通过模拟同步发电机组的机电暂态特性,使采用变流器的电源具有同步发电机组的惯量、阻尼、一次调频、无功调压等并网运行外特性的技术。更为重要的是,虚拟同步机并不需要对电网大规模改造,不仅实用性强,还经济实惠。

“新能源虚拟同步机科技示范工程历时两年,是国家电网公司十大科技创新示范工程之一。”这一技术能够使新能源机组由“我行我素”的“自转”转变为“协调统一”的“公转”,主动支撑电网频率、电压波动,有力保障电网安全稳定运行。

为攻克这一世界级难题,国网冀北电力协同中国电科院、南瑞集团等单位开展了关键技术攻关和装备研制,最终全面掌握了虚拟同步机核心技术,为大规模新能源友好并网提供了新技术手段,巩固了我国在相关领域的技术引领地位。

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示范工程取得了多个成果

相继在虚拟同步机抑制系统振荡、大容量变流器低电压穿越等方面取得12项关键技术突破,建成投运风电、光伏和电站式三类虚拟同步机;

完成了世界首次基于虚拟同步机的新能源电站黑启动试验,验证了三类虚拟同步机的性能指标,以及在大规模新能源汇集地区应用的可行性,填补了相关技术研究和示范应用空白;

此外,基于技术经济对比分析,首次提出储能优化配置方案和风机转速综合恢复策略,解决了实际运行难题,形成了风储配合的应用模式。

截至目前,国网公司已成功研制了光伏、风电、电站式三类虚拟同步机装置,主要技术指标均达到预期要求。

其中,世界首套500千瓦光伏虚拟同步机已于2016年12月全部建成投运。采用增加超级电容、磷酸铁锂电池两种技术路线,研发了光伏发电最大功率跟踪与虚拟同步机协调控制系统,使光伏发电单元具备了惯量支撑、一次调频和主动电压调节等功能。

世界首套2兆瓦风电虚拟同步机于2017年11月全部建成投运,基于原控制系统,通过增加控制环节、优化控制策略,采用预留备用、风机转动惯量两种调频支撑技术路线,使风机能够主动感知并适应电力系统运行变化,具备自动有功调频、无功调压、阻尼系统振荡等能力。

此外,在实体工程建设过程中,国家电网还探索建立了虚拟同步机装备试验检测体系,全面验证了虚拟同步机的性能并提出了应用推广建议。按照“先示范、后推广”原则,在后续推广阶段,将在示范工程改造经验的基础上,对国家风光储输示范电站内剩余117台各型风机进行虚拟同步机改造,总容量达到317.5兆瓦。

截至2017年11月,我国风电装机容量约达1.82亿千瓦,光伏装机容量达1.26亿千瓦,规模均居世界第一。新能源已成为17个省级电网的第二大电源,其中冀北、甘肃、宁夏等省级电网新能源装机占比已超过40%,大规模、高比例新能源将成为我国新一代电力系统的重要特征。统计数据显示,我国冀北区域新能源装机容量1474.81万千瓦,统调装机占比达到53.09%,是我国第一个新能源装机占比超过50%的省级电网。


 
 
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