新能源并网控制技术的发展-从电网友好型到主动支撑型（2023.9）-44页_16mb

新能源并网控制技术发展总结

核心内容

新能源并网控制技术是实现新能源大规模接入电网、保障新型电力系统安全稳定运行的关键。随着“双碳”目标的提出，新能源发电装机容量迅速增长，我国新能源并网控制技术经历了从跟网型到构网型的演进过程，逐步提升了新能源对电网的主动支撑能力。

主要观点

• 跟网型并网控制：早期用于新能源接入，主要解决电能质量问题，具备良好的运行适应性和故障穿越能力。随着新能源集中接入规模的扩大，其弱抗扰性、故障穿越能力不足等问题逐渐显现，导致脱网风险增加。通过技术标准制定、平台建设、建模与仿真等手段，逐步解决了宽频振荡、暂态过电压等新型稳定问题。

• 构网型并网控制：随着微电网、虚拟同步发电机（VSG）等技术的发展，构网型控制开始在新能源并网中应用。其具备电压源特性，能主动参与构建电网电压和频率，具备更强的稳定性和抗扰动能力，适用于少/无同步电源的地区，为新能源成为电网主体电源奠定基础。

• 技术发展背景：新能源发电技术与并网控制技术的协同发展，推动了我国新能源装机容量的全球领先。新能源并网控制技术的发展不仅是应对新能源大规模接入电网的必然要求，也是实现新型电力系统安全、稳定、经济运行的重要保障。

关键信息

技术背景

• 2020年我国提出“碳达峰”“碳中和”目标。
• 2021年提出建设以新能源为主体的新型电力系统。
• 《“十四五”可再生能源发展规划》提出新能源基地化、规模化、分布式和海上风电集群开发模式。

跟网型并网控制

• 技术特点：跟随电网电压和频率调节并网电流，呈现电流源特性。
• 技术挑战：随着新能源比例上升，电网同步转动惯量下降，频率稳定风险增加。
• 解决方案：通过宽频带阻抗重塑、暂态过电压抑制、虚拟同步发电机（VSG）等技术，提升新能源对电网的支撑能力。
• 应用案例：
  • 哈密风电基地：通过宽频带阻抗重塑技术，解决次/超同步振荡问题。
  • 张北新能源基地：通过柔性直流送出系统优化，实现暂态过电压抑制。
  • 中卫光伏电站：通过阻抗重塑控制，提升系统稳定性。
  • 祁韶直流送端：通过高电压穿越标准，解决送出能力约束问题。

构网型并网控制

• 技术特点：参与构建电网电压和频率，呈现电压源特性，具备主动支撑能力。
• 技术发展：从UPS、微电网到VSG，构网型控制逐步推广。
• 技术标准：英国、德国、美国等国家制定了构网型控制技术标准，明确了新能源、储能、柔直等装置的性能指标和检测方法。
• 应用案例：
  • 苏格兰Dersalloch构网型风电场：实现黑启动、一次调频、惯量模拟等功能。
  • 南澳Dalrymple构网型储能电站：支持快速频率响应和孤岛运行。
  • 湖北随州广水、内蒙古额济纳旗：开展构网型风电、光伏、储能研究，实现并离网切换、频率支撑等能力。

未来需求与技术挑战

• 系统稳定性：随着新能源比例增加，传统稳定问题如宽频振荡、暂态过电压等日益突出，需提升控制策略的时空适应性。
• 多时间尺度支撑：新能源并网控制需从基频向宽频、从稳态向动态和暂态、从长时间尺度向多时间尺度转变。
• 技术挑战：
  • 电力电子装备耐压、耐流能力不足。
  • 不同送出场景和系统发展阶段对并网控制的需求各异，需制定适应性强的技术标准。
  • 新能源基地的宽频振荡和暂态过电压问题需要进一步研究和优化。

技术发展趋势

• 技术攻关：围绕构网型新能源新拓扑、新控制策略、宽频与暂态支撑能力提升等方向展开。
• 标准与实证：制定适应新型电力系统发展阶段的新能源并网控制技术标准，推动重大科技基础设施和实证平台建设。
• 工程应用：依托重大工程，推动新能源并网技术在不同场景下的多阶段应用示范，综合评估技术效果，迭代优化发展路径。

总结与展望

总结

• 跟网型控制：通过不断完善理论方法、平台手段和技术标准，解决了新能源并网中的诸多技术难题，对新能源快速发展起到了关键作用。
• 构网型控制：随着新能源占比提升和同步电源减少，构网型控制成为保障系统稳定运行的重要手段，未来有望成为新能源并网的主流控制方式。
• 技术演进：新能源并网控制技术将随着新型电力系统的发展而动态演进，跟网型与构网型控制将并存，根据实际需求不断优化。

展望

• 技术提升：加强构网型新能源的拓扑设计、控制策略和宽频、暂态支撑能力研究。
• 标准建设：推动新能源并网控制技术标准体系的完善，支持不同场景下的技术应用。
• 工程示范：通过多场景、分阶段的工程应用示范，推动新能源并网控制技术的实际落地与优化。

结语

新能源并网控制技术的发展是实现“双碳”目标、构建新型电力系统的重要支撑。未来需进一步加强技术攻关、标准制定和工程应用，以确保新能源在电网中的稳定运行和主动支撑能力，推动新能源成为新型电力系统的主体电源。