构网控制和柔直输电技术未来发展-南网科研院

报告摘要

构网控制和柔直输电技术未来发展总结

核心内容

构网控制和柔直输电技术是应对新型电力系统中同步发电机逐步退出、新能源占比增加带来的挑战的重要手段。构网型变流器能够模拟同步机的特性，如自同步、惯性和快速频率响应，从而提供系统强度支持和频率稳定性。在弱交流系统中，构网控制具有显著优势，能够直接支撑系统电压，提高系统的稳定性和响应速度。

主要观点

构网型变流器的需求
传统同步发电机在电力系统中具有关键的稳定作用，随着新能源发电比例的增加，同步发电机逐渐退出系统，而新能源发电（如风电、光伏）主要通过变流器接入电网，因此对具有构网能力的变流器需求日益增长。
构网控制与跟网控制的区别
- 跟网型控制器将变流器视为跟随电网的电流源负荷，无法在弱电网中提供有效支撑。
- 构网型控制器通过功率同步控制，模拟同步机的虚拟阻抗、惯性和阻尼特性，直接支撑系统电压，具有更强的系统稳定性。
构网控制的实现
构网控制的核心是模拟发电机的摇摆公式，用功率同步环取代传统的锁相环。其控制结构包括同步环节、电压环节和限流环节，能够实现对系统频率和电压的主动支撑。
柔直输电技术在弱系统中的应用
柔直输电技术（如ABB的Caprivil Link）在连接极弱交流系统时表现出色，因为它不依赖于系统的短路比，能够提供稳定的电压和惯性支撑。这种技术在南方非洲成功应用，实现了送端短路比1.2和受端1.0的稳定运行。
构网型柔直与远海风场的连接
柔直输电技术能够连接远海风场与主电网，如Nordic32系统。构网型柔直系统在与构网型风机配合使用时，可以利用风机的机械转动惯量为系统提供主动惯性支撑，进一步增强系统的稳定性。
构网型控制器的发展与应用
目前，构网控制器已有多种实现方式，如增强型STATCOM、构网型储能系统、构网型负荷等。这些控制器在不同应用场景中各有优劣，且仍在持续研究和优化中。

关键信息

构网控制与柔直输电技术的应用场景

应用场景	技术特点	优势
弱交流系统	采用多变量反馈控制架构	提高响应速度和系统稳定性
远海风场	直流连接，构网型柔直	提供电压和惯性支撑，适应远距离传输
新能源发电	构网型风机	利用风机惯量，增强系统稳定性

构网型变流器的控制结构

功率同步控制
- 模拟同步机的摇摆公式
- 通过功率同步环实现电压和频率的直接支撑
- 控制结构包括同步、电压和限流环节
传统矢量电流控制
- 解耦控制有功和无功功率
- 在弱系统中容易失去稳定性
- 控制结构依赖锁相环和电流参考控制

构网型技术的进展

构网型储能系统
- 澳大利亚的Dalrymple Substation Battery项目是全球首个构网型储能系统
- 2021年投入使用的250MW/250MWh系统是全球最大构网型储能系统
构网型负荷
- 包括电阻性负载、工业电机、电动汽车充电器、电解水设备等
- 在弱系统中可以作为电压和频率的支撑来源
构网型风机
- 构网型风机能够主动提供惯性支撑，增强系统稳定性
- 与构网型柔直系统结合，实现更高效的动态响应