【国家电网】新能源并网控制技术的发展-从电网友好型到主动支撑型_44页_16mb

新能源并网控制技术的发展——从电网友好型到主动支撑型

核心内容

新能源并网控制技术的发展是实现“双碳”目标的重要支撑，随着新能源装机容量的迅速增长，其对电网稳定性和运行质量的影响日益显著。技术发展从早期的跟网型并网控制逐步向具备主动支撑能力的构网型并网控制演进，以应对高比例新能源接入带来的新挑战。

主要观点

1. 技术背景

• 2030碳达峰、2060碳中和目标的提出，推动了新能源并网控制技术的快速发展。
• 我国新能源发电规模持续扩大，风电和光伏装机容量世界第一，且装备水平不断提高，成本显著下降。
• 新能源并网控制技术从电网友好型向主动支撑型转变，以保障新能源稳定运行。

2. 跟网型并网控制

• 早期新能源并网控制主要采用跟网型控制，跟随电网电压和频率调节并网电流，呈现电流源特性。
• 随着新能源集中接入规模增大，新能源的弱抗扰性和故障穿越能力不足，导致脱网问题频发，影响系统安全运行。
• 通过完善控制策略、技术标准（如GB/T 19963-2011、GB/T 19964-2012）和仿真平台（如张北试验检测基地），提升了新能源并网的稳定性与适应性。
• 针对次/超同步振荡、暂态过电压等问题，引入了宽频带阻抗重塑和**虚拟同步发电机（VSG）**技术，有效解决了新能源接入带来的新型稳定问题。

3. 构网型并网控制

• 构网型控制通过引入虚拟同步发电机（VSG）、下垂控制和虚拟阻抗等技术，使新能源具备电压源特性，能够参与构建电网电压和频率。
• 构网型控制从UPS、微电网发展到大电网，解决了孤岛运行、一次调频、惯量模拟等关键问题。
• 通过工程示范（如苏格兰Dersalloch风电场、南澳Dalrymple储能电站），构网型控制技术在实际场景中得到验证，提升了系统稳定性。
• 国际上，如英国、德国、美国等已制定构网型控制技术标准，明确了其性能检测方法和关键指标。

4. 未来需求与技术挑战

• 新型电力系统建设推动新能源基地向沙戈荒地区和深远海地区扩展，部分区域面临少/无同步电源的并网场景。
• 新能源并网控制需具备多时间尺度稳定性，包括稳态、动态、暂态，并实现宽频带振荡抑制和暂态过电压的主动支撑。
• 随着新能源占比提高，系统转动惯量下降，频率稳定风险增加，亟需提升新能源的主动支撑能力。
• 新能源电力电子装置在耐压、耐流能力方面存在局限，需通过技术攻关和参数优化提升其电网构建和支撑能力。

关键信息

技术演进

• 跟网型控制：早期用于解决电能质量问题，后通过技术改进应对系统稳定问题。
• 构网型控制：逐步发展为具备电压源特性，能够主动支撑电网运行，适应新型电力系统需求。

技术成果

• 张北试验检测基地：具备风电机组、光伏单元、储能系统等试验设备，支持新能源并网控制测试。
• VSG控制技术：通过模拟同步发电机特性，提升新能源对电网频率和电压的支撑能力。
• 宽频带阻抗重塑：有效解决新能源接入弱电网和直流系统时的振荡问题。
• 虚拟阻抗控制：在微电网中实现多类型电源的协调运行。

工程应用

• 哈密风电基地：应用宽频带阻抗重塑技术，成功消除次/超同步振荡。
• 祁韶直流送端：通过高电压穿越标准和技术升级，解决暂态过电压问题。
• 锡泰直流送端：通过新能源特性提升与参数固化，保障大规模新能源安全并网。

标准与规范

• 国内标准如GB/T 19963-2011、GB/T 19964-2012对新能源并网控制提出明确要求。
• 国际标准如IEC 62040、VDE-AR-N4131:2019-03为构网型控制提供了技术框架。

未来展望

技术攻关

• 针对构网型新能源的新拓扑结构、新控制策略和宽频主动支撑能力，开展深入研究。

标准与实证

• 制定适度超前、适合电力系统发展阶段的新能源并网控制技术标准。
• 推动新能源并网重大科技基础设施和实证平台建设，为技术验证提供支撑。

工程应用

• 依托重大工程，推动新能源并网控制技术在多场景、分阶段的应用示范。
• 综合评估示范效果，迭代优化新能源并网技术发展路径。

结论

新能源并网控制技术经历了从跟网型到构网型的演进，为新型电力系统的安全稳定运行提供了关键技术支撑。未来，随着新能源占比的提升和电网结构的变化，新能源并网控制技术将不断优化，从基频向宽频，从稳态向动态与暂态，从长时间尺度向多时间尺度发展，实现对新型电力系统的全面支撑。