中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著新能源的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)“雙高”（高比例可再生能源、高比例電力電子設(shè)備）特征凸顯，系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)、功能形態(tài)深刻變化，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)。新能源場(chǎng)站需要具備主動(dòng)支撐能力，擁有接近或高于同步電源的控制特性，支撐系統(tǒng)電壓、頻率穩(wěn)定以及提供備用容量。國(guó)家電網(wǎng)有限公司華北分部開展新能源場(chǎng)站主動(dòng)支撐技術(shù)研究，深入分析大規(guī)模新能源接入對(duì)電網(wǎng)的影響，提出了新能源主動(dòng)支撐技術(shù)要求，助力新能源健康有序發(fā)展，推動(dòng)加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)。
大規(guī)模新能源接入影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行
近年來，新能源接入電網(wǎng)的規(guī)模逐年擴(kuò)大。以華北電網(wǎng)為例，預(yù)計(jì)到今年年底新能源裝機(jī)規(guī)模約3億千瓦，2025年約4.3億千瓦。受新能源主動(dòng)支撐能力不足、單機(jī)容量小、裝機(jī)數(shù)量大等因素影響，監(jiān)測(cè)和控制電力系統(tǒng)運(yùn)行情況的難度增加，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)。
電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下降，頻率穩(wěn)定水平降低。新能源機(jī)組呈現(xiàn)出弱慣性或無慣性特征，在無附加控制的情況下，新能源機(jī)組在慣量響應(yīng)階段并不具備分配系統(tǒng)擾動(dòng)功率的能力，在一次調(diào)頻階段頻率調(diào)節(jié)能力受限，電力系統(tǒng)頻率變化速度加快、幅度增加；在有附加控制的情況下，受新能源機(jī)組運(yùn)行特性制約，慣量響應(yīng)及一次調(diào)頻的上調(diào)空間有限。隨著新能源裝機(jī)接入占比增加，電網(wǎng)總體慣量、調(diào)頻能力降低，出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)增加。
新能源機(jī)組對(duì)電力系統(tǒng)電壓支撐能力不足，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定水平下降。新能源場(chǎng)站一般由無功設(shè)備提供電壓支撐，由于并網(wǎng)電壓等級(jí)較低，難以為500千伏及以上主網(wǎng)提供有效支撐。如果電力系統(tǒng)故障導(dǎo)致新能源機(jī)組進(jìn)入低電壓穿越狀態(tài)，新能源機(jī)組難以提供系統(tǒng)急需的動(dòng)態(tài)無功支撐，造成系統(tǒng)電壓穩(wěn)定水平降低，必須通過降低系統(tǒng)運(yùn)行效率的方式保證穩(wěn)定水平。
具有“雙高”特征的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜，功角穩(wěn)定特性變化大。電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性發(fā)生較大改變，系統(tǒng)同步穩(wěn)定逐漸由新能源參與轉(zhuǎn)變成主導(dǎo)。電網(wǎng)出現(xiàn)故障后容易產(chǎn)生復(fù)雜的動(dòng)態(tài)交互作用，可能引起傳統(tǒng)機(jī)組功角穩(wěn)定問題、新能源機(jī)組的同步穩(wěn)定問題以及系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題并存的復(fù)雜情況，給電網(wǎng)運(yùn)行控制造成困難。
電力電子設(shè)備大幅增加，寬頻振蕩問題凸顯。直流、新能源機(jī)組、無功補(bǔ)償設(shè)備等通過電力電子設(shè)備接入電網(wǎng)，這些元件之間存在多時(shí)間尺度交互。電力系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩時(shí)，振蕩頻率呈現(xiàn)寬頻帶特性，寬頻振蕩發(fā)生的概率大幅增加，易引發(fā)電網(wǎng)失穩(wěn)。寬頻振蕩的抑制、控制和阻斷面臨較大挑戰(zhàn)。
電力系統(tǒng)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)增加。新能源機(jī)組耐過流能力差，當(dāng)電網(wǎng)故障引發(fā)低電壓或高電壓時(shí)都會(huì)引發(fā)換流器過流，易造成新能源機(jī)組脫網(wǎng)。新能源機(jī)組控制電壓能力不及傳統(tǒng)機(jī)組，暫態(tài)過電壓?jiǎn)栴}突出，也增加了新能源機(jī)組的脫網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)，可能引發(fā)系統(tǒng)頻率和電壓?jiǎn)栴}，導(dǎo)致連鎖故障。
新能源場(chǎng)站需在多方面具備主動(dòng)支撐能力
隨著新能源占比提高，同步電源占比下降，電力系統(tǒng)可用調(diào)節(jié)能力下降，急需研究新能源主動(dòng)支撐技術(shù)，使新能源場(chǎng)站具備一定的頻率和電壓支撐、抑制寬頻振蕩等能力，以保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
新能源主動(dòng)支撐技術(shù)需提高新能源場(chǎng)站同步穩(wěn)定能力。新能源場(chǎng)站設(shè)備受到單一故障擾動(dòng)后應(yīng)具備保持同步的能力，避免因同步失穩(wěn)引發(fā)脫網(wǎng)。例如，可采取功角穩(wěn)定支撐技術(shù)，在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段通過優(yōu)化新能源接入系統(tǒng)方案，提升送出系統(tǒng)的功角穩(wěn)定水平。
新能源主動(dòng)支撐技術(shù)需使新能源場(chǎng)站具備調(diào)頻、調(diào)壓能力。新能源場(chǎng)站應(yīng)具備不低于同等容量傳統(tǒng)機(jī)組的調(diào)頻、調(diào)壓能力。在調(diào)頻能力方面，新能源場(chǎng)站應(yīng)具備同等容量傳統(tǒng)機(jī)組一次調(diào)頻能力、爬坡能力、慣量響應(yīng)能力。例如可利用頻率慣量支撐技術(shù)改造風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)，利用轉(zhuǎn)子動(dòng)能實(shí)現(xiàn)虛擬慣量，模擬傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)一次調(diào)頻特性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率的調(diào)節(jié)。
接入弱電網(wǎng)的新能源場(chǎng)站需具備抑制寬頻振蕩的功能。新能源場(chǎng)站一方面要根據(jù)寬頻振蕩評(píng)估結(jié)果，采取新能源控制參數(shù)優(yōu)化等措施，主動(dòng)降低寬頻振蕩風(fēng)險(xiǎn)水平；另一方面要具備附加阻尼功能，通過場(chǎng)站內(nèi)儲(chǔ)能、靜止無功發(fā)生器（SVG）等設(shè)備實(shí)現(xiàn)寬頻振蕩抑制。
新能源場(chǎng)站要有足夠的短路容量支撐能力。新能源場(chǎng)站需具備送出95%電量的送出能力，同時(shí)滿足多場(chǎng)站短路比要求。例如，可采取加裝分布式調(diào)相機(jī)的方式提高新能源場(chǎng)站短路容量，有效提升系統(tǒng)強(qiáng)度。
新能源場(chǎng)站應(yīng)具備故障穿越能力，更好地適應(yīng)電網(wǎng)。光伏發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、風(fēng)機(jī)需具備不低于各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)要求的故障穿越能力，必要時(shí)采用零電壓穿越技術(shù)，滿足電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定要求。在系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重短路故障場(chǎng)景下，新能源場(chǎng)站實(shí)現(xiàn)不脫網(wǎng)持續(xù)運(yùn)行的時(shí)間要滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行要求。例如，雙饋風(fēng)機(jī)可采取直流側(cè)附加泄能支路等控制技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)零電壓穿越。新能源場(chǎng)站內(nèi)的電力電子設(shè)備應(yīng)采用具有故障穿越特性的協(xié)調(diào)優(yōu)化技術(shù)，統(tǒng)籌兼顧暫態(tài)過電壓和低電壓?jiǎn)栴}，使新能源的有功、無功功率控制具備電網(wǎng)友好型特征。
新能源主動(dòng)支撐技術(shù)需提升新能源設(shè)備涉網(wǎng)性能。在提高新能源設(shè)備耐壓能力方面，采取“新能源+調(diào)相機(jī)+避雷器”組合技術(shù)，解決瞬時(shí)過電壓?jiǎn)栴}，降低電壓波幅。在提高新能源設(shè)備耐流能力方面，采取加裝撬棍電路（Crowbar）、斬波電路（Chopper）硬件保護(hù)的方式實(shí)現(xiàn)過流限制，通過對(duì)換流器進(jìn)行零電壓穿越改造提升換流器耐流能力。
建議將主動(dòng)支撐要求納入新能源項(xiàng)目前期管理
今年4月24日，國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定工作的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》，提出“大力提升新能源主動(dòng)支撐能力。推動(dòng)系統(tǒng)友好型電站建設(shè)，逐步實(shí)現(xiàn)新能源在電力供應(yīng)和穩(wěn)定支撐方面的可靠替代；協(xié)同推進(jìn)大型新能源基地、調(diào)節(jié)支撐電源和外送通道開發(fā)建設(shè)，保障外送電力的連續(xù)性和穩(wěn)定性”“研發(fā)大容量斷路器、大功率高性能電力電子器件、新能源主動(dòng)支撐、大容量柔性直流輸電等提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平的電工裝備”。
結(jié)合新型電力系統(tǒng)建設(shè)，在新能源主動(dòng)支撐技術(shù)發(fā)展方面，建議建立完備的新能源主動(dòng)支撐技術(shù)要求及標(biāo)準(zhǔn)，并將相關(guān)要求及標(biāo)準(zhǔn)納入新能源項(xiàng)目前期管理工作，提升新能源場(chǎng)站的支撐能力，提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定水平。
（作者單位：國(guó)家電網(wǎng)有限公司華北分部）
