【国家电网（郭贤珊）】2024年构网型变流器技术发展与应用报告_38页_2mb

构网型变流器技术发展与应用总结

核心内容

构网型变流器技术是应对新能源快速发展和新型电力系统构建需求的关键设备创新方向。随着我国新能源装机容量和发电量的迅速增长，电力系统面临着电源侧不可控性增强、负荷侧复杂化、系统稳定性下降等挑战。构网型变流器通过模拟同步发电机的特性，提供惯量支撑、频率和电压调节能力，从而增强系统稳定性，成为新型电力系统中不可或缺的组成部分。

主要观点

• 新能源快速发展：我国新能源装机容量和发电量持续增长，预计2030年风电与光伏总装机将超过20亿千瓦，新能源将成为主要电源。
• 系统特性变化：新能源占比增加导致系统惯量降低、调频调压能力减弱，稳定性问题突出。
• 构网型变流器作用：构网型变流器通过虚拟同步发电机（VSG）控制、下垂控制等策略，提供主动支撑能力，增强系统频率和电压稳定性。
• 设备分类与特性：构网型变流器包括构网型柔直、构网型储能、构网型静止调相机、构网型SVG等，具备较强的系统支撑能力和弱系统适应性。
• 工程应用验证：多个工程应用（如张北柔直、渝鄂柔直、青海宝库、拉果错项目）表明构网型变流器在实际系统中具有良好的运行效果。

关键信息

新能源发展现状与预测

• 2023年新增装机2.8亿千瓦，新能源装机总量达10.5亿千瓦，其中风电4.4亿千瓦、光伏6.1亿千瓦。
• 预计2030年新能源最大出力将超过14亿千瓦，为最大负荷的82%。
• 新能源装机占比预计达到36%，发电量占比预计为15.5%。

系统稳定性挑战

• 新能源的随机性和波动性对系统调节能力提出更高要求。
• 电力电子设备大量接入导致系统惯量、调频、电压支撑能力下降，宽频振荡和高频谐波问题突出。

构网型变流器特性

• 构网型变流器具备惯量支撑、频率和电压调节能力，可实现联网或孤岛运行。
• 与跟网型变流器相比，构网型变流器具有更强的系统支撑能力、更高的过载能力和故障穿越能力。

构网型变流器类型与应用

• 构网型柔直：具备高惯量、高电压和大容量特性，适用于强系统。
• 构网型储能：通过化学电池或超级电容提供能量支撑，适用于不同电网强度。
• 构网型静止调相机：通过超级电容提供动态无功支撑和短时惯量支撑，提升电网暂态性能。
• 构网型SVG：作为独立同步电压源，具备快速无功响应和过载能力，适用于弱系统。

工程应用实例

• 张北柔直电网：世界首个柔性直流电网，采用构网型控制策略解决系统稳定问题。
• 渝鄂柔直工程：在弱系统条件下应用构网型控制，提升柔直稳定运行能力。
• 青海宝库项目：采用构网型高压直挂储能，解决电压支撑不足问题。
• 拉果错项目：全球最大的离网型新能源电力系统，实现源网荷储一体化。

技术发展趋势

• 构网型变流器技术仍处于发展阶段，需进一步研究其拓扑结构、运行机理、控制保护策略及与复杂电网的匹配。
• 需完善构网型设备之间的协调控制策略，提升其在大系统中的适应性和稳定性。
• 构网型变流器的标准化和迭代改进是推动其广泛应用的关键。

构网型变流器与跟网型变流器对比

结论

构网型变流器技术是实现新型电力系统稳定运行的重要手段，其在新能源占比不断上升的背景下，提供了必要的惯量支撑和动态调节能力。随着工程应用的不断拓展，构网型变流器在不同电网场景中展现出良好的适应性和支撑能力，未来需进一步完善其控制策略、拓扑结构及与现有系统的协调运行机制，以实现电力系统的高效、安全、绿色运行，助力“双碳”目标的实现。