四方继保：2024构网型技术研究与应用报告_34页_5mb

构网型技术研究与应用总结

核心内容

构网型技术是为应对新型电力系统中因高比例新能源和电力电子设备应用导致的惯量降低、频率和电压支撑能力减弱等问题而提出的一种解决方案。该技术通过使电力电子装置具备类似同步发电机的电压、频率支撑能力，增强系统稳定性与运行可靠性。

主要观点

• 构网型技术定义：构网型技术通过控制策略使变流器具备电压源特性，可主动向电网提供支撑，具备黑启动、自同步、故障穿越等能力。
• 技术发展背景：随着新型电力系统的发展，新能源变流器、储能、柔直等设备广泛应用，导致系统惯量下降，频率和电压调节能力变差，系统波动易引发设备脱网。
• 构网型技术优势：具备惯量支撑、电压频率调节、暂态支撑、阻抗可控等特性，可有效提升弱电网的稳定性。
• 构网型技术应用：可用于储能变流器、SVG、柔直、新能源并网变流器等设备，以提升系统运行能力。

关键信息

技术背景简介

• 新型电力系统中，高比例新能源和电力电子设备的应用导致系统惯量降低、频率和电压支撑能力下降。
• 电网波动易引发电力电子设备脱网，影响系统安全稳定运行。

构网型技术理论研究

• 构网型与跟网型控制对比：
  • 跟网型：不具备惯量支撑能力，响应速度较快，但对弱系统适应性差。
  • 构网型：具备惯量支撑能力，可提供电压、频率支撑，对弱系统适应性强。
• 构网控制技术发展：
  • 从1986年的负载频率控制到2020年的混合同步控制，构网控制技术逐步成熟。
  • 构网控制架构包括外环控制、虚拟阻抗环节和内环控制，实现对输出电压和频率的精准控制。
• 关键技术问题：
  • 限流与高频振荡抑制：通过电压前馈非线性滤波、一二次融合设计、优化控制方法等手段，提升变流器的限流能力和高频振荡抑制能力。
  • 故障穿越与继电保护协同控制：构网型变流器可模拟同步发电机的故障特性，对现有保护系统具有良好的适应性。
  • 电网强度识别与适配控制：通过区域强度识别系统和可切换设备，实现构网与跟网控制模式的动态适配，以应对电网强度变化。

构网型技术典型应用

• 构网型储能：
  • 具备暂态容量响应能力，功率响应时间小于5ms。
  • 过载能力：1.1倍额定功率可长期运行，1.2倍可运行10分钟，3倍可运行10秒。
  • 电网适应能力：可在频率48~52Hz、电压幅值0~130%范围内运行。
  • 具备黑启动能力、主动电压调节能力、惯性响应能力、阻尼控制能力、一次调频能力。
• 构网型SVG：
  • 采用模块化级联多电平拓扑，接入超级电容作为能量载体。
  • 可提供3pu短路电流，具备快速电压频率响应能力。
  • 各模块配置高速旁路开关，提高系统可靠性与运行稳定性。

国内外标准规范

• 国外标准：英、德、美、澳等国已制定构网技术相关标准，涵盖有功控制、无功控制、黑启动、故障穿越等性能要求。
• 国内标准：中关村储能产业技术联盟发布了《构网型储能变流器技术规范》，为构网型技术提供指导。

政策支持

• 多项国家政策支持构网型技术发展，如《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》《能源碳达峰碳中和标准化提升行动计划》等。
• 新疆等地要求构网型储能比例不低于年度新型储能的20%，以提升系统稳定性。

小结与展望

• 构网型技术在弱系统适应性、宽频阻抗特性、继电保护兼容性等方面具有显著优势。
• 未来电力系统将呈现构网型与跟网型设备并存的混合模式，两者互补，提升系统整体运行性能。
• 构网型技术仍需在理论分析、工程实用化、规模化应用等方面深入研究，以实现性能与成本的平衡。

构网型技术挑战

• 如何在提升过载能力与能量支撑的同时控制成本，是当前构网型技术推广面临的关键问题。
• 构网型技术在工程应用中仍需解决稳定性、控制精度、设备兼容性等实际问题。

技术应用前景

• 构网型技术将广泛应用于新能源场站、储能系统、柔直输电等领域。
• 通过构网与跟网控制模式的动态切换，实现对电网强度变化的灵活响应，提升系统运行的稳定性与可控性。