現在，隨著虛擬同步機技術的突破，這一難題有望得到解決。

 

　　虛擬同步機技術——自1997年提出以來，因其對大規模新能源友好并網具有顛覆性支撐作用，而為全球業界期待了20年，發達國家一直在努力攻關十余年，一直未有實質突破。

 

　　近日，世界首個具備虛擬同步機功能的新能源電站在國家風光儲輸示范電站建成投運——新能源并網的最大技術難題就此被一舉攻克。這對我國推動能源轉型，構建清潔低碳、安全高效的能源體系具有重大而深遠的意義。

 

國家風光儲輸示范電站

 

　　我國率先攻克虛擬同步機技術

 

　　光伏、風電等新能源因清潔環保得到快速發展，但在不斷優化能源結構的同時，也為我國電網的安全運行帶來了一定挑戰。在電力系統里，發電和用電是同時完成的，即用戶需要多少電，電廠就要發多少電，如果發電端無法與大電網的節奏保持一致，就會出現問題。

 

　　在我國大力發展新能源之前，煤電占據了絕對主力電源的位置。雖然污染較大，但是煤電的“紀律性”非常強，可以始終服從命令：電力需求大時，電廠就多發電;需求小時，就少發電，始終與大電網系統“配合默契”。

 

　　反觀新能源，它雖然清潔，但最大的毛病就是不“聽話”。比如光伏發電，需要光照足夠充足;風電發電，又需要風力達到足夠要求。新能源的步調很難與大電網保持一致，導致其大規模安全并網成為長期難題。

 

　　保持用電量和發電量的動態平衡是電網安全運行的關鍵。為保障新能源大規模安全并網，就需要用到新能源虛擬同步機——這一“馴服”新能源的好幫手。

 

　　此前，虛擬同步機技術的研究主要停留在理論和微電網應用層面，此次國家電網公司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在大電網應用方面的空白。

 

　　預計到2030年，張家口可再生能源示范區內風電、光伏和光熱裝機將分別達2000萬、2400萬和600萬千瓦。

 

　　何謂虛擬同步發電機技術?

 

　　據國網冀北電力公司相關負責人介紹，虛擬同步發電機技術是一種通過模擬同步發電機組的機電暫態特性，使采用變流器的電源具有同步發電機組的慣量、阻尼、一次調頻、無功調壓等并網運行外特性的技術。更為重要的是，虛擬同步機并不需要對電網大規模改造，不僅實用性強，還經濟實惠。

 

　　“新能源虛擬同步機科技示范工程歷時兩年，是國家電網公司十大科技創新示范工程之一。”這一技術能夠使新能源機組由“我行我素”的“自轉”轉變為“協調統一”的“公轉”，主動支撐電網頻率、電壓波動，有力保障電網安全穩定運行。

 

　　為攻克這一世界級難題，國網冀北電力協同中國電科院、南瑞集團等單位開展了關鍵技術攻關和裝備研制，最終全面掌握了虛擬同步機核心技術，為大規模新能源友好并網提供了新技術手段，鞏固了我國在相關領域的技術引領地位。

 

　　相繼在虛擬同步機抑制系統振蕩、大容量變流器低電壓穿越等方面取得12項關鍵技術突破，建成投運風電、光伏和電站式三類虛擬同步機;

 

　　完成了世界首次基于虛擬同步機的新能源電站黑啟動試驗，驗證了三類虛擬同步機的性能指標，以及在大規模新能源匯集地區應用的可行性，填補了相關技術研究和示范應用空白;

 

　　此外，基于技術經濟對比分析，首次提出儲能優化配置方案和風機轉速綜合恢復策略，解決了實際運行難題，形成了風儲配合的應用模式。

 

　　截至目前，國網公司已成功研制了光伏、風電、電站式三類虛擬同步機裝置，主要技術指標均達到預期要求。

 

　　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路線，研發了光伏發電最大功率跟蹤與虛擬同步機協調控制系統，使光伏發電單元具備了慣量支撐、一次調頻和主動電壓調節等功能。

 

　　世界首套2兆瓦風電虛擬同步機于2017年11月全部建成投運，基于原控制系統，通過增加控制環節、優化控制策略，采用預留備用、風機轉動慣量兩種調頻支撐技術路線，使風機能夠主動感知并適應電力系統運行變化，具備自動有功調頻、無功調壓、阻尼系統振蕩等能力。

 

　　此外，在實體工程建設過程中，國家電網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用推廣建議。按照“先示范、后推廣”原則，在后續推廣階段，將在示范工程改造經驗的基礎上，對國家風光儲輸示范電站內剩余117臺各型風機進行虛擬同步機改造，總容量達到317.5兆瓦。

 

　　截至2017年11月，我國風電裝機容量約達1.82億千瓦，光伏裝機容量達1.26億千瓦，規模均居世界第一。新能源已成為17個省級電網的第二大電源，其中冀北、甘肅、寧夏等省級電網新能源裝機占比已超過40%，大規模、高比例新能源將成為我國新一代電力系統的重要特征。統計數據顯示，我國冀北區域新能源裝機容量1474.81萬千瓦，統調裝機占比達到53.09%，是我國第一個新能源裝機占比超過50%的省級電網。