中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：1月17日，國(guó)家能源局發(fā)布2024年度能源行業(yè)十大科技創(chuàng)新成果。高電壓大容量電力電子構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)裝備入選。該項(xiàng)成果建立了構(gòu)網(wǎng)型控制特性塑造理論方法，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)故障下毫秒內(nèi)高倍率短路電流支撐和零延時(shí)慣量響應(yīng)。
基于該項(xiàng)成果形成的裝備，已成功應(yīng)用于福建霞浦柔直、西藏電力保供專項(xiàng)等重大工程，為推動(dòng)大規(guī)模清潔能源基地開(kāi)發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)支撐。
想象這樣一個(gè)場(chǎng)景：當(dāng)很多人共同舉起一個(gè)重物時(shí)，如果有一個(gè)人倒下，旁邊的人就需要多使出一些力氣，才能繼續(xù)舉著重物，直到替代者到來(lái)；否則，這些人可能會(huì)難以負(fù)擔(dān)，甚至一個(gè)接一個(gè)地倒下。西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院院長(zhǎng)楊旭用這個(gè)場(chǎng)景比喻“多機(jī)支撐電網(wǎng)”。他認(rèn)為，多人類似于多電源，重物類似于負(fù)荷，旁邊人多使出的力氣則類似于慣性支撐頻率。
在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，電壓源可以起到支撐作用。支撐的能力來(lái)自同步發(fā)電機(jī)的火電機(jī)組、水電機(jī)組和核電機(jī)組。隨著新能源電源大規(guī)模接入電網(wǎng)，同步發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)中的占比逐步降低，系統(tǒng)亟須補(bǔ)充慣量支撐能力。構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)可以對(duì)同步發(fā)電機(jī)的特性進(jìn)行適當(dāng)選取和模擬，使電力電子設(shè)備的功能類似于傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)，為電網(wǎng)提供慣量支撐。因此，這項(xiàng)技術(shù)在近年備受業(yè)內(nèi)關(guān)注，成為全球多國(guó)研究和示范應(yīng)用的方向。
需求驅(qū)動(dòng)
系統(tǒng)演進(jìn)催生技術(shù)發(fā)展
構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)在2000年前后開(kāi)始試點(diǎn)應(yīng)用，最早出現(xiàn)在微電網(wǎng)項(xiàng)目中。此后，這項(xiàng)技術(shù)不斷演進(jìn)，經(jīng)歷了控制策略從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從被動(dòng)響應(yīng)到主動(dòng)支撐、從單一功能到多功能集成等一系列發(fā)展，應(yīng)用范圍也逐步從微電網(wǎng)拓展到區(qū)域電網(wǎng)以及大電網(wǎng)。
國(guó)網(wǎng)電科院（南瑞集團(tuán)）研究院（全重實(shí)驗(yàn)室）副院長(zhǎng)王偉認(rèn)為，系統(tǒng)需求是推動(dòng)構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力，對(duì)控制策略、構(gòu)網(wǎng)能力、能量來(lái)源不斷進(jìn)行探索和演進(jìn)，從模擬同步機(jī)的外特性到塑造內(nèi)電勢(shì)特性，滿足新能源發(fā)電項(xiàng)目在不同發(fā)展階段應(yīng)用場(chǎng)景的需求。在此過(guò)程中，行業(yè)對(duì)構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)功能定位的認(rèn)識(shí)也在不斷深化。
當(dāng)前，構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)已經(jīng)被用于儲(chǔ)能、無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVG）、新能源發(fā)電等多種電力電子設(shè)備。由于每種設(shè)備的能量?jī)?chǔ)備、過(guò)流能力和集中度不同，構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)在其中發(fā)揮的功能也各不相同。
王偉認(rèn)為，有三種功能是當(dāng)前及未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)電力系統(tǒng)迫切需要的：一是促消納，即針對(duì)新能源基地場(chǎng)站接入點(diǎn)短路比低、寬頻振蕩和暫態(tài)過(guò)電壓導(dǎo)致新能源消納受限的突出問(wèn)題，通過(guò)提高電網(wǎng)強(qiáng)度和暫態(tài)電壓支撐能力，避免大規(guī)模新能源連鎖脫網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)，提高新能源的利用率和外送能力；二是強(qiáng)支撐，即通過(guò)支撐電網(wǎng)電壓強(qiáng)度，防范系統(tǒng)故障下暫態(tài)電壓出現(xiàn)失穩(wěn)，提升大型城市對(duì)外來(lái)電能的受電能力；三是保供電，主要應(yīng)用在薄弱電網(wǎng)地區(qū)，這類地區(qū)傳統(tǒng)電源少，網(wǎng)架強(qiáng)度弱，構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)可以通過(guò)超強(qiáng)的故障穿越支撐能力以及孤島連續(xù)供電技術(shù)，保障薄弱電網(wǎng)的可靠供電。
近年來(lái)，國(guó)家和地方層面出臺(tái)了多項(xiàng)推動(dòng)構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)應(yīng)用的政策。
在國(guó)家層面，國(guó)家能源局發(fā)布的《國(guó)家能源局關(guān)于組織開(kāi)展可再生能源發(fā)展試點(diǎn)示范的通知》提出，到2025年組織實(shí)施一批新能源加儲(chǔ)能構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)示范項(xiàng)目，主要支持構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)、光、儲(chǔ)和新能源低頻組網(wǎng)送出等技術(shù)研發(fā)與示范工程；國(guó)家能源局發(fā)布的《關(guān)于做好新能源消納工作保障新能源高質(zhì)量發(fā)展的通知》明確，要在西北網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱的區(qū)域，應(yīng)用構(gòu)網(wǎng)型新能源。
在地方層面，新疆發(fā)展改革委在2023年7月發(fā)布了《關(guān)于組織上報(bào)2023年獨(dú)立新型儲(chǔ)能建設(shè)方案的通知》，明確了積極探索建設(shè)構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能，提出“喀什、和田、克州、塔城、阿勒泰、巴州等地構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能比例原則上不低于年度新型儲(chǔ)能規(guī)模20%”的目標(biāo)；內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局2024年5月發(fā)布的《內(nèi)蒙古自治區(qū)2024—2025年新型儲(chǔ)能發(fā)展專項(xiàng)行動(dòng)方案》則強(qiáng)調(diào)大力發(fā)展構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能。
在政策和需求的雙重推動(dòng)下，構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的應(yīng)用呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。以構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能為例，2024年，全國(guó)構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能的招標(biāo)量超過(guò)6.8吉瓦；
2025年，構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能項(xiàng)目會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，預(yù)計(jì)到2030年，總裝機(jī)容量將超過(guò)30吉瓦。
合理規(guī)劃
讓技術(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置
對(duì)于構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)下一步的發(fā)展，很多業(yè)內(nèi)人士都強(qiáng)調(diào)“系統(tǒng)”的重要性。構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)不是單一裝備技術(shù)創(chuàng)新，而是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程。它不僅需要以系統(tǒng)需求引導(dǎo)構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)發(fā)展，也需要合理規(guī)劃布局，降低構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。
首先，需要系統(tǒng)考量的是技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置。王偉認(rèn)為，新型電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)出多應(yīng)用場(chǎng)景交織的狀態(tài)，也面臨電網(wǎng)多形態(tài)并存的格局，需要站在未來(lái)視角審視構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的發(fā)展方向，思考技術(shù)的角色定位。他建議，應(yīng)根據(jù)不同能量來(lái)源分類推動(dòng)構(gòu)網(wǎng)型裝備研發(fā)，以發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。
在電力系統(tǒng)的規(guī)劃方面，現(xiàn)有電力系統(tǒng)的規(guī)劃方法一般只計(jì)及電壓穩(wěn)態(tài)偏移和潮流越限等靜態(tài)約束，以及電網(wǎng)強(qiáng)度等穩(wěn)定性約束。王偉認(rèn)為，亟須探索結(jié)合構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的規(guī)劃配置新方法。因?yàn)閳?chǎng)景目標(biāo)不同，配置的電壓等級(jí)和容量也不同，可根據(jù)功能定位決定規(guī)劃構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的配置原則，明確“配什么、配多大、配在哪”。
當(dāng)前，構(gòu)網(wǎng)型設(shè)備項(xiàng)目運(yùn)行的實(shí)踐表明，參數(shù)配置不當(dāng)、整體不協(xié)同均會(huì)引發(fā)振蕩甚至新能源脫網(wǎng)等問(wèn)題。另外，各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)雖然在功能名詞上一致，但在內(nèi)涵上卻存在差異，這或?qū)?dǎo)致設(shè)備性能參差不齊。下一步，亟須建立健全統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系，增強(qiáng)技術(shù)合理配置的可操作性。
其次，如何與其他技術(shù)形成合力，也需要系統(tǒng)化思考。
國(guó)網(wǎng)電科院（南瑞集團(tuán)）不久前發(fā)布的《構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)白皮書(shū)2024》顯示，構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)是保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的可行方向和重要路徑，但在滿足能源轉(zhuǎn)型加速背景下對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的更高要求方面，該項(xiàng)技術(shù)目前仍然面臨許多挑戰(zhàn)和難題。楊旭認(rèn)為，構(gòu)網(wǎng)型電力電子裝置在能量?jī)?chǔ)備、電流儲(chǔ)備、控制速度和帶寬、穩(wěn)定性和阻尼等方面還有優(yōu)化空間。
在優(yōu)化構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)本身的同時(shí)，還需要考慮它與其他技術(shù)的協(xié)同發(fā)展。通過(guò)系統(tǒng)化的視角，實(shí)現(xiàn)技術(shù)間的互補(bǔ)和優(yōu)化。在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)將和調(diào)相機(jī)技術(shù)等其他技術(shù)共同發(fā)展。《構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)白皮書(shū)2024》顯示，與構(gòu)網(wǎng)型裝備相比，調(diào)相機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)功調(diào)節(jié)范圍更寬、抗沖擊能力強(qiáng)、工程技術(shù)手段成熟、可靠性高、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，但需要專業(yè)隊(duì)伍定期檢修和維護(hù)。
在構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的未來(lái)發(fā)展中，保證設(shè)備的安全運(yùn)行也很重要。目前，電化學(xué)儲(chǔ)能的參數(shù)配置不合理、使用不當(dāng)均會(huì)造成功率振蕩和新能源脫網(wǎng)。未來(lái)，需要多元化拓展構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的能量來(lái)源，并加強(qiáng)預(yù)留備用、風(fēng)機(jī)載荷優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面的技術(shù)研發(fā)。
推廣應(yīng)用
確保技術(shù)穩(wěn)健發(fā)展
隨著構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的管理方式也將出現(xiàn)新的變化。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)為構(gòu)建超高比例電力電子系統(tǒng)提供了可能，電力系統(tǒng)將由“物理決定”轉(zhuǎn)變?yōu)椤翱刂茮Q定”。為適應(yīng)這一變化，傳統(tǒng)的系統(tǒng)“分析師”需要轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)“設(shè)計(jì)師”，通過(guò)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)電力電子設(shè)備的復(fù)雜控制邏輯，滿足不同場(chǎng)景下同步電網(wǎng)對(duì)安全穩(wěn)定的需求，這將對(duì)系統(tǒng)分析人員和現(xiàn)有管理體系提出更高要求。
技術(shù)的變化對(duì)管理體系的要求體現(xiàn)在并網(wǎng)測(cè)試、仿真建模、數(shù)據(jù)管理等多方面，其中，構(gòu)網(wǎng)型設(shè)備各項(xiàng)控制的邏輯及參數(shù)均可能影響穩(wěn)定支撐效果，對(duì)測(cè)試的完整性和充分性提出很高要求。同時(shí)，不同廠家網(wǎng)絡(luò)控制存在較大差異，且對(duì)內(nèi)部的詳細(xì)控制邏輯保密，大幅增加了設(shè)備建模和系統(tǒng)仿真的難度。此外，不同應(yīng)用場(chǎng)景下系統(tǒng)面臨的穩(wěn)定問(wèn)題不同，對(duì)構(gòu)網(wǎng)型設(shè)備的穩(wěn)定支撐需求也不同，因此，對(duì)其控制參數(shù)的要求也會(huì)存在差異。他建議，鑒于構(gòu)網(wǎng)型的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和管理難度，應(yīng)在規(guī)劃上優(yōu)化構(gòu)網(wǎng)型設(shè)備布局、管控構(gòu)網(wǎng)型設(shè)備規(guī)模，在運(yùn)行上提升構(gòu)網(wǎng)型控制標(biāo)準(zhǔn)化程度、提高構(gòu)網(wǎng)型設(shè)備性能要求，以降低構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和穩(wěn)定管理難度。
業(yè)內(nèi)人士同時(shí)指出，在推廣和應(yīng)用構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的過(guò)程中，更宜“小步徐行”，采取審慎和漸進(jìn)的策略。特別是在應(yīng)用初期，應(yīng)適度控制應(yīng)用的范圍、適當(dāng)提高設(shè)備要求，以確保技術(shù)的穩(wěn)定運(yùn)行和效果評(píng)估。這樣做的目的，是在實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)，后續(xù)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，確保技術(shù)的穩(wěn)健發(fā)展。
在選擇應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)，業(yè)內(nèi)人士建議應(yīng)有所取舍，優(yōu)先考慮那些系統(tǒng)中缺乏慣量和暫態(tài)電壓支撐等快速支撐能力，且常規(guī)解決手段實(shí)施難度大的情況。在這些場(chǎng)景中，通過(guò)配置構(gòu)網(wǎng)型設(shè)備，可以更有效地發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
同時(shí)，為確保應(yīng)用的安全性和穩(wěn)定性，需要為構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的應(yīng)用明確原則。這包括在弱網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分散配置具備能量?jī)?chǔ)備和過(guò)流能力的大容量構(gòu)網(wǎng)型設(shè)備，并做好振蕩風(fēng)險(xiǎn)分析，這將有助于降低技術(shù)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，減少穩(wěn)定管理的難度，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
