中國光伏、風(fēng)電等新能源行業(yè)發(fā)展迅速，但是，因為其間歇性等固有特點，并網(wǎng)一直是困擾行業(yè)發(fā)展的難題之一。

　　現(xiàn)在，隨著虛擬同步機技術(shù)的突破，這一難題有望得到解決。

　　虛擬同步機技術(shù)——自1997年提出以來，因其對大規(guī)模新能源友好并網(wǎng)具有顛覆性支撐作用，而為全球業(yè)界期待了20年，發(fā)達國家一直在努力攻關(guān)十余年，一直未有實質(zhì)突破。

　　近日，世界首個具備虛擬同步機功能的新能源電站在國家風(fēng)光儲輸示范電站建成投運——新能源并網(wǎng)的最大技術(shù)難題就此被一舉攻克。這對我國推動能源轉(zhuǎn)型，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系具有重大而深遠的意義。

　　我國率先攻克虛擬同步機技術(shù)

　　光伏、風(fēng)電等新能源因清潔環(huán)保得到快速發(fā)展，但在不斷優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的同時，也為我國電網(wǎng)的安全運行帶來了一定挑戰(zhàn)。在電力系統(tǒng)里，發(fā)電和用電是同時完成的，即用戶需要多少電，電廠就要發(fā)多少電，如果發(fā)電端無法與大電網(wǎng)的節(jié)奏保持一致，就會出現(xiàn)問題。

　　在我國大力發(fā)展新能源之前，煤電占據(jù)了絕對主力電源的位置。雖然污染較大，但是煤電的“紀律性”非常強，可以始終服從命令：電力需求大時，電廠就多發(fā)電;需求小時，就少發(fā)電，始終與大電網(wǎng)系統(tǒng)“配合默契”。

　　反觀新能源，它雖然清潔，但最大的毛病就是不“聽話”。比如光伏發(fā)電，需要光照足夠充足;風(fēng)電發(fā)電，又需要風(fēng)力達到足夠要求。新能源的步調(diào)很難與大電網(wǎng)保持一致，導(dǎo)致其大規(guī)模安全并網(wǎng)成為長期難題。

　　保持用電量和發(fā)電量的動態(tài)平衡是電網(wǎng)安全運行的關(guān)鍵。為保障新能源大規(guī)模安全并網(wǎng)，就需要用到新能源虛擬同步機——這一“馴服”新能源的好幫手。

　　此前，虛擬同步機技術(shù)的研究主要停留在理論和微電網(wǎng)應(yīng)用層面，此次國家電網(wǎng)公司建成世界首個具備虛擬同步機功能的新能源電站，研制大容量新能源虛擬同步機，填補了虛擬同步機技術(shù)在大電網(wǎng)應(yīng)用方面的空白。

　　預(yù)計到2030年，張家口可再生能源示范區(qū)內(nèi)風(fēng)電、光伏和光熱裝機將分別達2000萬、2400萬和600萬千瓦。

　　何謂虛擬同步發(fā)電機技術(shù)？

　　據(jù)國網(wǎng)冀北電力公司相關(guān)負責(zé)人介紹，虛擬同步發(fā)電機技術(shù)是一種通過模擬同步發(fā)電機組的機電暫態(tài)特性，使采用變流器的電源具有同步發(fā)電機組的慣量、阻尼、一次調(diào)頻、無功調(diào)壓等并網(wǎng)運行外特性的技術(shù)。更為重要的是，虛擬同步機并不需要對電網(wǎng)大規(guī)模改造，不僅實用性強，還經(jīng)濟實惠。

　　“新能源虛擬同步機科技示范工程歷時兩年，是國家電網(wǎng)公司十大科技創(chuàng)新示范工程之一?！边@一技術(shù)能夠使新能源機組由“我行我素”的“自轉(zhuǎn)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皡f(xié)調(diào)統(tǒng)一”的“公轉(zhuǎn)”，主動支撐電網(wǎng)頻率、電壓波動，有力保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

　　為攻克這一世界級難題，國網(wǎng)冀北電力協(xié)同中國電科院、南瑞集團等單位開展了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和裝備研制，最終全面掌握了虛擬同步機核心技術(shù)，為大規(guī)模新能源友好并網(wǎng)提供了新技術(shù)手段，鞏固了我國在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)引領(lǐng)地位。

　　示范工程取得了多個成果

　　相繼在虛擬同步機抑制系統(tǒng)振蕩、大容量變流器低電壓穿越等方面取得12項關(guān)鍵技術(shù)突破，建成投運風(fēng)電、光伏和電站式三類虛擬同步機;

　　完成了世界首次基于虛擬同步機的新能源電站黑啟動試驗，驗證了三類虛擬同步機的性能指標，以及在大規(guī)模新能源匯集地區(qū)應(yīng)用的可行性，填補了相關(guān)技術(shù)研究和示范應(yīng)用空白;

　　此外，基于技術(shù)經(jīng)濟對比分析，首次提出儲能優(yōu)化配置方案和風(fēng)機轉(zhuǎn)速綜合恢復(fù)策略，解決了實際運行難題，形成了風(fēng)儲配合的應(yīng)用模式。

　　截至目前，國網(wǎng)公司已成功研制了光伏、風(fēng)電、電站式三類虛擬同步機裝置，主要技術(shù)指標均達到預(yù)期要求。

　　其中，世界首套500千瓦光伏虛擬同步機已于2016年12月全部建成投運。采用增加超級電容、磷酸鐵鋰電池兩種技術(shù)路線，研發(fā)了光伏發(fā)電最大功率跟蹤與虛擬同步機協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，使光伏發(fā)電單元具備了慣量支撐、一次調(diào)頻和主動電壓調(diào)節(jié)等功能。

　　世界首套2兆瓦風(fēng)電虛擬同步機于2017年11月全部建成投運，基于原控制系統(tǒng)，通過增加控制環(huán)節(jié)、優(yōu)化控制策略，采用預(yù)留備用、風(fēng)機轉(zhuǎn)動慣量兩種調(diào)頻支撐技術(shù)路線，使風(fēng)機能夠主動感知并適應(yīng)電力系統(tǒng)運行變化，具備自動有功調(diào)頻、無功調(diào)壓、阻尼系統(tǒng)振蕩等能力。

　　此外，在實體工程建設(shè)過程中，國家電網(wǎng)還探索建立了虛擬同步機裝備試驗檢測體系，全面驗證了虛擬同步機的性能并提出了應(yīng)用推廣建議。按照“先示范、后推廣”原則，在后續(xù)推廣階段，將在示范工程改造經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對國家風(fēng)光儲輸示范電站內(nèi)剩余117臺各型風(fēng)機進行虛擬同步機改造，總?cè)萘窟_到317.5兆瓦。

　　截至2017年11月，我國風(fēng)電裝機容量約達1.82億千瓦，光伏裝機容量達1.26億千瓦，規(guī)模均居世界第一。新能源已成為17個省級電網(wǎng)的第二大電源，其中冀北、甘肅、寧夏等省級電網(wǎng)新能源裝機占比已超過40%，大規(guī)模、高比例新能源將成為我國新一代電力系統(tǒng)的重要特征。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國冀北區(qū)域新能源裝機容量1474.81萬千瓦，統(tǒng)調(diào)裝機占比達到53.09%，是我國第一個新能源裝機占比超過50%的省級電網(wǎng)。