2024-05-14-四方继保-2024构网型技术研究与应用报告_34页_5mb

报告摘要

构网型技术研究与应用总结

核心内容

构网型技术是应对新型电力系统中因高比例新能源接入而带来的惯量降低、频率与电压支撑能力减弱等问题的关键解决方案。该技术通过电力电子装置模拟同步发电机的特性，提供电压、频率支撑，增强系统稳定性与运行可靠性。

主要观点

构网型技术定义：构网型技术是使电力电子变流器具备电压源特性，能够主动提供电网电压和频率支撑，具备黑启动、自同步、故障穿越等能力。
构网型技术优势：相较于传统的跟网型控制，构网型技术在弱电网适应性、宽频阻抗特性、暂态电压支撑、惯量响应等方面表现更优。
构网型技术应用：构网型技术可应用于储能变流器、SVG（静止无功发生器）、柔直（柔性直流输电）以及新能源并网变流器等设备。
构网型技术发展路径：构网型技术经历了从负载频率控制、下垂控制、虚拟同步机到虚拟振荡器控制等多个阶段的发展，逐步完善了控制架构与性能指标。
构网型技术面临的挑战：包括限流与高频振荡抑制、故障穿越与继电保护协同控制、电网强度识别与适配控制等关键技术问题。

关键信息

技术背景

随着新能源占比提升，电力系统面临频率与电压支撑不足、系统波动易导致设备脱网等问题，对系统安全稳定运行构成挑战。

构网型技术理论研究

控制方式定义：构网型技术通过模拟同步发电机特性，使变流器具备惯量支撑、电压频率调节等能力。
时域响应定义：构网型技术在弱系统中表现稳定，具备快速响应能力。
频域响应定义：构网型技术在小信号分析中具有宽频阻抗特性，可有效提升系统稳定性。
功能测试定义：构网型技术需通过电压源特性运行，具备主动支撑电网能力。

构网型技术典型应用

构网型储能：
- 暂态容量响应能力：可在电网电压跳变时提供有功和无功支撑，功率响应时间小于5ms。
- 过载能力：支持1.1倍额定功率长期运行，1.2倍额定功率运行10分钟，3倍额定功率运行10秒。
- 电网适应能力：可在48~52Hz频率和0~130%电压幅值范围内稳定运行。
- 黑启动能力：支持零电压同步启动，多机并联运行时无振荡，环流小于5%。
- 主动电压调节能力：可配合储能协调控制器实现系统电压变化时的无功功率响应。
- 惯性响应能力：具备惯量支撑能力，提升频率稳定性。
- 阻尼控制能力：可在0.2~2.5Hz低频振荡时调节有功功率，抑制振荡。
- 一次调频能力：在并网运行时可自动完成系统频率变化时的功率响应。
构网型SVG：
- 采用模块化级联多电平拓扑，接入超级电容作为能量载体。
- 配置高速旁路开关，提高运行可靠性。
- 具备秒级有功支撑能力，可提供3pu短路电流。
- 功率密度高、整体损耗低、循环寿命长。

国内外标准与政策支持

国内政策：工信部、国家能源局、西藏、新疆、内蒙古等地方政府出台政策，支持构网型技术的研发与应用。
国外标准：英、德、美、澳等国已制定构网技术标准，涵盖有功控制、无功控制、黑启动、故障穿越等性能要求。
国内标准：中关村储能产业技术联盟发布《构网型储能变流器技术规范》。

构网控制典型架构

构网控制由外环、虚拟阻抗和内环控制三部分组成，外环模拟同步机的频率与电压特性，内环实现电流精准控制，提升限流与响应能力。

技术问题与解决方案

限流与高频振荡抑制：
- 采用电压前馈非线性滤波与优化控制方法，改造变流器阻抗特性，消除负阻尼区间，降低振荡风险。
- 优化后的构网型设备具有全频段正阻尼特性，对系统稳定性有显著提升。
故障穿越与继电保护协同控制：
- 通过虚拟阻抗限流策略，模拟同步机的故障电流特性，提升对传统继电保护的兼容性。
- 在故障期间保持输出电流对称，避免电压相位关系改变带来的影响。
电网强度识别与适配控制：
- 配置区域强度识别系统，实现构网与跟网控制方式的切换。
- 依据电网强度调整构网型与跟网型运行比例，提升系统适应性与稳定性。

应用前景

构网型技术在新能源场站中应用广泛，有助于提升系统稳定性、运行可靠性及电网强度。
未来电力系统将向构网型与跟网型混合模式发展，构网型技术将在系统中发挥更关键作用。
构网型技术仍需在理论分析、工程实用化、规模化应用等方面进一步研究与突破。

小结与展望

构网型技术是新型电力系统稳定运行的重要支撑手段，其在提升系统惯量、频率与电压调节能力方面具有显著优势。随着新能源占比的不断提高，构网型技术将在未来电力系统中发挥越来越重要的作用。然而，构网型技术在实际应用中仍面临成本、性能优化及与传统保护系统兼容性等方面的挑战。未来研究方向应聚焦于构网型设备的性能提升、控制算法优化、标准化建设以及与传统电网设备的协同运行。

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