構網型技術作為推動新型電力系統建設的關鍵技術之一,在提升電網靈活性、促進可再生能源高效接入及保障電力系統穩定運行等方面正展現出巨大潛力。
為深入探討構網型技術的最新進展,促進產學研用各領域交流,12月7日,來自能源電力領域的權威專家學者共聚南瑞集團,在“構網型技術與新型電力系統”技術論壇上,為研判構網型技術的新模式、新業態碰撞思維,啟迪智慧。
構網型技術重要性凸顯
構網型技術是通過對同步發電機特性進行適當選取和模擬,使電力電子化發電設備類似等同于傳統同步發電機,從而讓電力系統維持在原有方式下運行的技術。在新型電力系統建設的宏偉藍圖中,構網型技術正逐漸成為重要的組成部分。
今年7月,國家發展改革委、國家能源局、國家數據局共同發布《加快構建新型電力系統行動方案(2024—2027年)》,明確提出推進構網型技術應用,根據高比例新能源電力系統運行需要,選擇典型場景應用構網型控制技術,具備主動支撐電網電壓、頻率、功角穩定能力,以保障電力系統穩定運行。
近年來,構網型技術發展勢頭迅猛。
有統計數據顯示,我國2024年構網型儲能招標超過6.8吉瓦,預計2030年總裝機規模超過30吉瓦,2024-2030年構網型儲能、新能源復合增長率將分別達到56%、150%。
此外,澳大利亞構網型儲能投運計劃于2025年暴漲7倍,美國要求新裝的儲能都應具備構網控制功能,發展構網型技術已成為國內外共識。
為進一步推動構網型技術從理論研究邁向實踐應用,國家電網公司充分發揮強大的資源整合與戰略引領能力,在構網型技術產品方面持續深耕。
其中,國家電網所屬南瑞集團承擔了首個虛擬同步機國家863計劃、首個構網型技術國家重點研發計劃等重大項目;聚焦構網型設備特性認知研究、技術標準頂層設計、技術攻關及裝備研制、多場景應用示范等方面,率先研制出構網型新能源、構網型儲能、電網側帶超容構網型SVG等一批高端裝備,在天津中新生態城、張北風光儲輸基地、內蒙額濟納、西藏拉薩等地廣泛應用,為主干電網強支撐、末端電網穩供電、“高海邊無”保供電、清潔能源友好并網等作出了積極貢獻。
“構網型技術仍處于規模化發展早期,需要行業達成共識,共同推動構網型技術的進步,既要滿足當下大規模清潔能源發展需求,又要保障我國復雜大電網的安全穩定運行,助力構建‘同步機+構網型設備’雙穩定支撐模式。”南瑞集團董事長、黨委書記山社武表示。
規模化應用待深入推進
就構網型技術的應用現狀看,目前,微電網應用較為成熟,獨立供電系統已取得小規模應用,局部弱電網開展了應用示范但尚未開展規模化應用,大電網則僅開展零星試點。
中國工程院院士舒印彪表示,積極推進構網型技術創新和推廣應用,下一步,建議在加強技術攻關、重視示范應用、發揮標準引領作用、完善配套機制等方面發力,協力破解難題。
“首先,要厘清構網型裝備在不同場景下的功能定位、構網能力要求、技術經濟性和規劃配置方法,不斷加深對構網型裝備的同步特性、多機協同及穩定機理的認知,面向多場景迭代,研制針對性更強、適用性更好、性能更優的構網型技術裝備。”舒印彪強調。
中國工程院院士沈國榮認為,“構網”是具備獨立構建電力系統能力的理想同步電源,加強從儲能和無功補償兩方面的具體實踐來驗證構網能力,將為行業推動構網型技術發展提供重要參考。
推動構網型技術健康有序發展,除了要全面加強構網型技術管理,根據新型電力系統不同階段的需求和構網型技術特點設計發展路線,還需進一步強化相關標準建設。
據了解,自1997年構網型技術在國際上被首次提出后,英國、德國、美國、澳大利亞等已相繼制定了構網型技術標準,針對新能源、儲能等領域的構網型裝置設置了不同的檢測方法。而我國已有的構網型技術標準尚主要集中在儲能領域,亟需形成多應用場景、多技術領域的構網型標準體系。
多類技術難題亟需攻克
在業內看來,構網型技術是繼調相機后,又一個保障電網系統穩定運行的可行方向。支撐新型電力系統發展,構網型技術能夠發揮新能源送端電網促消納、電源“空心化”的受端電網強支撐、薄弱電網保供電三方面作用。
針對新能源基地場站接入點短路比低,寬頻振蕩和暫態過電壓導致新能源消納受限的突出問題,構網型技術通過提高電網強度和暫態電壓支撐能力,避免大規模新能源連鎖脫網風險,保障電網安全穩定水平,提高新能源利用率和外送能力。
通過支撐電網電壓強度,構網型技術能有效防范系統故障下暫態電壓失穩,提升大型城市外來電受電能力,保障高峰時段供電能力。同時,在傳統電源少、網架強度弱的西南地區,構網型技術也可通過超強的故障穿越支撐能力、孤島連續供電技術,保障薄弱電網可靠供電。
當前,我國投運和在建的構網型項目共96個,以儲能、SVG(Static Var Generator,靜止無功發生器)為主。構網型技術水平總體處于國際領先,尤其是各類構網型裝備全面發展,開展了各種應用場景實證。不過,聚焦構網型技術在大電網中的應用,還有許多亟需攻克的技術難題。
“支撐電網運行,在風險防御方面,目前多形態振蕩問題突出,穩定控制不確定性增強。此外,有別于跟網型設備,構網型設備涉網參數多,對系統特性影響規律復雜,因此在頻率協調、多層級電壓協同控制方面,構網型設備與同步機并聯協調難度也進一步增大。”南瑞集團研究院(全重實驗室)副院長王偉認為。
王偉表示,構網型設備與同步機、跟網型設備間耦合作用加強,使得機電耦合的低頻振蕩、電磁耦合的寬頻振蕩交織疊加,產生非預期的多形態振蕩問題。同時,構網型設備的限幅、切換環節增加了系統的不確定性,使得故障暫態過程中系統新增非期望平衡點,導致系統能量函數變化復雜,面臨暫態同步失穩風險。
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