實(shí)現(xiàn)新能源友好并網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)：虛擬同步機(jī)

國(guó)網(wǎng)能源研究院發(fā)布了《2016國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)發(fā)展及新技術(shù)應(yīng)用分析報(bào)告》（以下簡(jiǎn)稱《報(bào)告》）。《報(bào)告》顯示，在以虛擬同步機(jī)等為代表的電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)方面，我國(guó)取得了令人矚目的成果。

《報(bào)告》指出，隨著風(fēng)電、光伏等新能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用，特高壓交直流快速發(fā)展，電源、電網(wǎng)特性都發(fā)生了深刻變化。虛擬同步機(jī)、同步調(diào)相機(jī)和統(tǒng)一潮流控制器等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)新能源平穩(wěn)輸出和友好并網(wǎng)，強(qiáng)化對(duì)直流輸電系統(tǒng)支撐，促進(jìn)交直流電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，是當(dāng)前各國(guó)的研究熱點(diǎn)。

虛擬同步機(jī)技術(shù)是一種以先進(jìn)同步逆變技術(shù)和慣性儲(chǔ)能單元為基礎(chǔ)，使新能源發(fā)電擁有常規(guī)火電外特性的技術(shù)。大規(guī)模間歇式新能源通過(guò)虛擬同步機(jī)接入電網(wǎng)，可以提供一定的有功和無(wú)功支撐，并有效抑制頻率振蕩，從而實(shí)現(xiàn)新能源的友好并網(wǎng)。

從技術(shù)發(fā)展歷程上看，虛擬同步機(jī)概念最早由國(guó)外專家提出，但截至目前，國(guó)外仍處于理論研究與實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)（百千瓦級(jí)）研制階段，未見(jiàn)工程應(yīng)用相關(guān)報(bào)道。具體來(lái)說(shuō)，德國(guó)勞克斯塔爾工業(yè)大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)存在快速響應(yīng)能力有待提高的問(wèn)題，加拿大多倫多大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)存在應(yīng)用領(lǐng)域窄、不適用大功率系統(tǒng)的缺點(diǎn)，英國(guó)利物浦大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)在多機(jī)并聯(lián)時(shí)容易失穩(wěn)。

中國(guó)電科院、南瑞集團(tuán)、許繼集團(tuán)攻克了虛擬勵(lì)磁調(diào)壓、慣性控制和協(xié)調(diào)控制等關(guān)鍵技術(shù)，研制了單機(jī)容量10～500千瓦的系列樣機(jī)，并完成了多個(gè)工程應(yīng)用。

中國(guó)電科院虛擬同步機(jī)樣機(jī)研制走在前列，正在開(kāi)展單機(jī)容量為850～1500千瓦的裝置研制。

2015年9月底，全球首套分布式光伏虛擬同步發(fā)電機(jī)在天津中新生態(tài)城智能電網(wǎng)營(yíng)業(yè)廳微網(wǎng)成功掛網(wǎng)，這是世界上首次將虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工程的案例。該工程通過(guò)應(yīng)用虛擬同步機(jī)技術(shù)，使分布式光伏具有類似于同步機(jī)組的慣性、阻尼特性、有功調(diào)頻、無(wú)功調(diào)壓等運(yùn)行外特性，能夠?qū)崿F(xiàn)慣量功率、自主有功控制、自主調(diào)壓控制三大功能，可顯著改善分布式電源并網(wǎng)、離網(wǎng)過(guò)程平滑性和運(yùn)行穩(wěn)定性，促進(jìn)清潔能源友好接入與消納。

2016年4月，國(guó)家電網(wǎng)公司在張北風(fēng)光儲(chǔ)輸基地開(kāi)展了虛擬同步機(jī)技術(shù)示范工程建設(shè)，對(duì)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)、光伏發(fā)電的逆變器和控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，新建大容量集中式虛擬同步機(jī)，設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)能力54.75萬(wàn)千瓦，這是世界上規(guī)模最大的虛擬同步機(jī)示范工程，計(jì)劃于2017年底建成。屆時(shí)，張北風(fēng)光儲(chǔ)輸基地的風(fēng)機(jī)、光伏發(fā)電將實(shí)現(xiàn)更為平穩(wěn)可控的電力輸出和友好并網(wǎng)特性，性能指標(biāo)接近常規(guī)電源。

按照核心關(guān)鍵技術(shù)部署，國(guó)家電網(wǎng)公司將于2017年10月前，全面掌握虛擬同步機(jī)核心技術(shù)和裝備成套能力。國(guó)家電網(wǎng)公司將通過(guò)該技術(shù)裝備，大幅提升風(fēng)光儲(chǔ)輸示范基地主動(dòng)參與系統(tǒng)一次調(diào)頻、調(diào)壓的能力，同時(shí)推動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化完善，形成新能源友好并網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)模式。