中國儲能網訊：
01
什么是構網型技術？
構網型技術是指通過電力電子設備形成一個具有穩(wěn)定電壓、頻率的電網，進而為負載提供可靠電力的一種技術，包含構網型控制和構網型裝備兩個方面。其中，構網型控制是為了實現電網構建而采取的一種控制策略，采用該控制策略可以在不同工況下具備主動構建并維持電網電壓和頻率的能力，提供類似于傳統(tǒng)同步發(fā)電機的支撐功能以增強電網的穩(wěn)定性和可靠性；構網型裝備是指用于電網構建并塑造同步機特性的涉網裝備，如風電機組、光伏變流器、儲能變流器、靜止同步調相機、柔性直流換流站等。一般地，采用構網型控制的電力電子設備也被稱為構網型裝備。
02
系統(tǒng)需求視角下構網型技術的演進歷程
系統(tǒng)需求是推動構網型技術發(fā)展的源頭，通過對控制策略、構網能力、能量來源的不斷探索改進，構網型技術先后經歷了調差外特性塑造、慣量調頻特性塑造、內電勢特性塑造等演進過程，以適應新型電力系統(tǒng)在各種應用場景下的穩(wěn)定運行需求，如圖1所示，簡要歸納如下。
圖1 全有功功率范圍內構網型風機無功功率和臨界占比
調差外特性塑造：2006年，美國CERTS學會和AEP公司為實現分布式電源即插即用，通過模擬同步機的下垂特性，解決100%逆變器接口的多機并聯問題，建設了三機并聯60 kW試驗系統(tǒng)，通過并離網無縫切換等研究，驗證了獨立供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行能力。
阻尼特性塑造：2014年，針對西藏、青海等偏遠鄉(xiāng)鎮(zhèn)大規(guī)模離網電站建設面臨振蕩失穩(wěn)、黑啟動頻繁、可靠供電難以保障的問題，國家863計劃立項《光伏微電網核心設備與控制系統(tǒng)研制及示范應用》，提出了虛擬同步機（VSG）技術，通過虛擬阻抗模擬同步機阻尼特性，解決VSG分布式并聯問題，實現新能源微電網擴容至10 MW以上，并穩(wěn)定運行。
慣量調頻特性塑造：以2015年9月19日錦蘇直流雙極閉鎖事件為標志，電網對新能源提出了慣量響應和快速調頻的功能需求。國家電網公司啟動張北虛擬同步發(fā)電機示范工程，首次采用配置超級電容的光伏VSG技術，以及通過風輪動能釋放實現風機慣量響應，解決了新能源機組層面慣量高頻次響應的能量來源拓展問題。
端口電壓特性塑造：祁韶直流投運初期暫態(tài)過電壓制約新能源外送消納，電網對新能源提出了暫態(tài)電壓支撐的系統(tǒng)功能需求。2019年，國家電網公司立項開展“高比例新能源電力系統(tǒng)的自同步電壓源型新能源發(fā)電關鍵技術研究”，重點解決新能源電壓源升級或改造，配置儲能成本高、風機改造難度大、場站響應慢等難題。
內電勢幅頻特性塑造：針對沙漠、戈壁、荒灘地區(qū)大型新能源基地缺乏就地同步電源支撐，電網提出了交直流故障下基地安全穿越的功能需求。2022年，國家重點研發(fā)計劃立項《無常規(guī)電源支撐的大規(guī)模新能源發(fā)電基地穩(wěn)定運行及直流送出關鍵技術》，通過塑造內電勢幅頻特性，實現風/光/儲并網裝備從次暫態(tài)到暫態(tài)的全工況構網。
縱觀構網型裝備的演進歷程，以滿足系統(tǒng)頻率調節(jié)與電壓支撐為核心需求，通過同步機特性塑造促進了構網型技術的發(fā)展。未來隨著以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)不斷建設，電力系統(tǒng)呈現多應用場景交織、多電網形態(tài)并存的格局，需要站在未來視角來審視構網型技術發(fā)展方向、標志性裝備研發(fā)，也更需要用系統(tǒng)的視角思考構網型的功能定位。
03
不同形態(tài)電網場景下構網型技術的功能定位
以電網形態(tài)劃分，構網型技術的應用可分為微電網、獨立供電系統(tǒng)、區(qū)域弱電網、互聯大電網這4種場景，如圖2所示。微電網場景的系統(tǒng)規(guī)模通常在100 MW以內，新能源裝機占比可接近100%，該場景構網型技術較為成熟；獨立供電系統(tǒng)場景的系統(tǒng)規(guī)模通常為100~1 000 MW，新能源裝機占比通常在70%以上，該場景構網型技術已取得小規(guī)模應用；區(qū)域弱電網場景的系統(tǒng)規(guī)模通常在1~100 GW，新能源裝機占比通常在60%以上，該場景構網型技術已有部分示范試點，尚未規(guī)模應用；互聯大電網場景的系統(tǒng)規(guī)模通常在100 GW以上，新能源裝機占比通常在50%上下，該場景構網型技術仍處于探索階段，僅有零星示范試點，不同場景的典型案例如圖3所示。
圖2 不同電網形態(tài)下的構網型技術應用案例及其新能源占比
圖3 不同電網形態(tài)下構網型技術應用的典型案例
不同電網形態(tài)有不同的需求，決定了構網型技術不同的功能定位：
對于微電網場景，構網型技術應具備在供電可靠性要求不苛刻場合下，實現完全取代同步機，發(fā)揮頻率電壓穩(wěn)定的“主心骨”作用。在海上油氣平臺微電網、礦山提升機微電網等高可靠供電要求的場合下，一般建議配備燃油/氣機組，以確保供電連續(xù)性、穩(wěn)定性。
對于獨立供電系統(tǒng)場景，構網型技術應具備在部分時段替代同步電源，發(fā)揮頻率、電壓支撐的主導作用。由于獨立供電系統(tǒng)已具有小型電網特征，構網型技術還需考慮與N-1安全校核、繼電保護、安全穩(wěn)定裝置等安全防線的協調。
對于區(qū)域弱電網場景，構網型技術尚不具備全面替代同步機的能力，其定位應是在電網關鍵節(jié)點發(fā)揮支撐作用，以提升局部電網強度和穩(wěn)定性，促進新能源的消納和保障電力供應。
對于互聯大電網場景，構網型技術仍處于探索階段，未來其發(fā)展定位應從降低系統(tǒng)慣量需求水平、提高系統(tǒng)強度和頻率快速響應、對同步調相機的工程替代、提升負荷中心城市電網的電壓穩(wěn)定性、在主配電網中發(fā)揮節(jié)點電壓控制作用等方面考慮。
