构网型新能源并网特性及实测_28页_2mb

构网型新能源并网特性及实测总结

核心内容概述

构网型新能源并网技术通过模拟同步机运行机制，使变流器具备作为自同步电压源的能力，从而提升电网的稳定性与调节性能。本文从三个视角（原理构网、功能构网、故障构网）对构网型控制进行了系统分析，并探讨了其在频率支撑、电压支撑等方面的表现。

1. 构网型控制的三个视角

1.1 三种视角的关系

• 构网型控制通过调节变流器输出电压的幅值和相位，模拟同步机特性，具备优异的动态性能。
• 跟网型控制则主要跟随电网电压和频率变化，不具备自主响应能力。
• 构网型在不同时间尺度上对直流电压维持能力和机侧能量提出了更高要求。

1.2 构网型控制结构

常见的构网型控制方式包括：

• 下垂/VSG控制：模拟同步机 $P-f$ 下垂特性，通过虚拟惯量实现自同步。
• 匹配控制：建立直流电容电压与同步机转子转速的匹配关系。
• 虚拟振荡器控制：较少用于实际工程。

典型结构图示：

• 下垂/VSG控制的构网型变流器结构
• 匹配控制的构网型变流器结构

1.3 构网型功能与硬件要求

1.4 典型设备的功能构网能力

2. 构网型变流器并网特性分析

2.1 频率支撑

• 传统同步机系统中，有功功率扰动后，功率分配分为三个阶段：初始分配、惯量分配、调差分配。
• 构网型变流器可参与阶段二（惯量分配），具备一次调频能力。
• VSG控制的有功支撑能力最强，匹配控制与下垂控制特性接近。
• 跟网型变流器不参与阶段一，且响应速度慢于构网型，不推荐用于主动支撑功能。

2.2 电压支撑

• 构网型变流器通过无功-电压下垂特性构建虚拟电压源，具备电压支撑能力。
• 外部电网电压波动时，构网型变流器可输出无功功率支撑并网点电压。
• 电压调节系数 $K_{pv}$ 越大，电压支撑效果越好。
• 电气距离越近，电压降越严重，机组提供的无功支撑越多。

2.3 振荡抑制

• 构网型电源在大部分频段内呈现“正电阻+电感”特性，可削弱跟网型变流器的“负电阻+电容”特性。
• 构网型机组占比达到 $20%$ 后，系统次/超同步振荡阻尼大于零，可有效抑制振荡。
• 在强电网下，双内环控制的构网型电源可能引入负阻抗，导致系统阻尼不足，需引入虚拟阻抗进行补偿。

3. 构网型与跟网型的关系

• 构网型是补充，不是替代：未来构网型占比可能达到 $30%$ 左右。
• 跟网型机组并网特性仍需不断完善。
• 构网型机组并网性能虽提升，但仍存在多电压源并联特性等未知问题。

4. 故障构网的控制与硬件要求

• 故障构网要求变流器在短路故障期间维持电压源特性。
• 控制方面：采用虚拟阻抗/导纳、电流限幅等方式。
• 硬件方面：需具备一定的过流能力，且与外部电网强弱有关。
• 建议 $\mathrm{Xeq} \geq 0.1\mathrm{pu}$ 以满足故障构网需求。

5. 实际应用情况

• 已有构网型储能、构网型风储一体机、构网型SVG的工程应用。
• 构网型风储一体机：具备电压源特性，可提供频率与电压支撑。
• 构网型SVG：通过适当扩容，可实现电压支撑与故障期间构网功能。

6. 系统短路电流水平分析

• 在 220kV及以上母线 发生短路，短路电流一般不超过 $3.125\mathrm{p.u}$。
• 若 35kV线路长度超过1.1公里，短路电流将小于3倍。
• 系统短路阻抗计算示例：短路阻抗 $0.4\mathrm{p.u}$，短路电流 $2.5\mathrm{p.u}$。

7. 总结对比

8. 典型系统仿真

• 搭建某特高压交流新能源送出系统的电磁暂态仿真模型，包含6个场站，其中3个为构网型，3个为跟网型。
• 在电压跌落期间，构网型场站电压支撑效果优于跟网型。
• 跟网型在电压恢复后出现额外无功增发，存在助增暂态过电压风险。
• 构网型机组占比 $20%$ 后，系统次/超同步振荡阻尼大于零。

9. 结论

构网型控制在新能源并网中具有重要地位，其在频率与电压支撑方面表现优异，但在实际应用中仍需关注硬件扩容、控制策略优化以及多源并联特性等问题。未来构网型与跟网型将并存发展，共同提升电网稳定性与调节能力。