南网科研院：构网控制和柔直输电技术未来发展_16页_3mb

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能源发电比例上升、传统同步电机减少带来的电网稳定性挑战的重要手段。构网型变流器能够模拟同步机的特性，如惯性、频率响应和系统强度支持，从而在弱电网环境中提供有效的电压和频率支撑。柔直输电技术则通过直流连接实现远距离、高容量电力传输，尤其适用于连接远海风场和极弱交流系统。

主要观点

• 构网控制的必要性：随着新能源发电的增加，电网对同步机特性（如惯性、频率响应）的需求日益增强。现有跟网型变流器缺乏电网支撑能力，无法有效应对弱电网环境下的稳定性问题。
• 构网型控制器的特点：构网型控制器不依赖锁相环实现同步，而是通过功率同步环模拟发电机行为，提供直接的电压和频率支撑，增强电网的系统强度。
• 柔直输电技术的应用：柔直输电技术在弱系统连接和远海风场接入中表现出显著优势，能够提升系统的稳定性与运行效率。
• 弱交流系统的定义与挑战：弱系统通常指短路比（SCR）较低的系统，其等效阻抗较高，对控制策略提出更高要求。构网控制在弱系统中更优，但需考虑雅克比矩阵的零点和极点对控制器设计的限制。
• 构网型柔直系统的应用案例：
  • 在极弱系统间连接时，构网型柔直能够提供直接的电压支撑，无需依赖高短路比。
  • 连接远海风场时，构网型柔直系统可有效提升系统稳定性，尤其在风机具备机械惯量的情况下。

关键信息

构网变流器基本概念

• 模拟同步机的特性（如虚拟阻抗、惯性、阻尼）。
• 通过产生交流电压来“构建”电网。
• 不依赖锁相环实现同步，具备更强的电网支撑能力。

构网控制器发展历史

• 现有构网控制器种类多样，各有优缺点，应用场景决定控制器选择。
• 已有多个实际项目应用构网控制技术，如澳大利亚的Dalrymple Substation Battery项目、美国夏威夷的构网型储能系统等。

构网控制与传统控制的对比

• 传统矢量电流控制：用于交流可调速电机控制，解耦有功和无功控制，但对弱电网适应性差。
• 功率同步控制：模拟发电机摇摆公式，实现对系统电压的直接支撑，增强电网稳定性。

柔直输电技术在弱系统中的应用

• 系统建模与控制架构：雅克比转移矩阵建模法可清晰反映被控对象特性，弱系统中需采用多变量反馈控制以提高响应速度。
• 雅克比矩阵的限制：交流雅克比矩阵的零点和直流雅克比矩阵的极点对控制器设计有根本性影响，需优化控制策略以克服这些限制。

构网型柔直系统的应用实例

• 连接两个极弱系统：如ABB在南部非洲的Caprivil Link项目，使用构网型柔直在SCR较低的情况下实现稳定运行。
• 远海风场接入：通过柔直连接远海风场与主电网，提升系统稳定性。
• 风机与柔直的动态交互：
  • 跟网型风机：对构网型柔直的惯性支撑能力有限。
  • 构网型风机：可利用风机的机械惯量，为系统提供主动惯性支撑，提升系统稳定性。

结论

构网控制与柔直输电技术的结合，为新型电力系统提供了更强的稳定性和灵活性。随着新能源占比的增加，构网型变流器和柔直输电技术将在未来电力系统中发挥越来越重要的作用。当前研究仍处于发展阶段，需进一步优化控制器设计以适应弱系统环境。