2024年新型電力系統(tǒng)下的構(gòu)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用報(bào)告-四方繼保（劉樹）

新型電力系統(tǒng)下的構(gòu)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司劉樹2024年10月密級：□核心商密□普通商密□對內(nèi)公開■對外公開04振蕩抑制技術(shù)研究1.1新型電力系統(tǒng)的變化及特征□據(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023年我國容量約占我國電源總?cè)萘康?6%□據(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023年我國容量約占我國電源總?cè)萘康?6%。□預(yù)計(jì)2024年底煤電占總裝機(jī)比重降至37%,2030年我國新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模超過煤電，成為第一大電源；2060年前新能源發(fā)電量占比有望超過50%,4.4億千瓦6.1億千瓦傳統(tǒng)發(fā)儲能系統(tǒng)核電新能源1.2新型電力系統(tǒng)面臨挑戰(zhàn)應(yīng)對方案：儲能能夠起到平滑新能源波動(dòng)、提高消納的作用，是建設(shè)高比例新能源供給消納體系、提高電網(wǎng)柔性的關(guān)鍵技術(shù)。源網(wǎng)荷儲一體化技術(shù)通過整合源、網(wǎng)、荷、儲四個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)41.2新型電力系統(tǒng)面臨挑戰(zhàn)高比例電力電子：高比例新能源變流器、新型儲能、柔性直流輸電等電力電子技術(shù)廣泛推增加電機(jī)類調(diào)節(jié)設(shè)備提供支撐應(yīng)用構(gòu)網(wǎng)型電力電子裝置提供支撐增加電機(jī)類調(diào)節(jié)設(shè)備提供支撐51.2新型電力系統(tǒng)面臨挑戰(zhàn)電保護(hù)動(dòng)作性能受到影響，寬頻振蕩問題頻繁出現(xiàn)，安全運(yùn)行面臨挑戰(zhàn)。6目錄/目錄/0101新型電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)2.1構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)1)基于控制方式定義1)基于控制方式定義2)基于時(shí)域響應(yīng)定義2)基于時(shí)域響應(yīng)定義3)基于頻域響應(yīng)定義3)基于頻域響應(yīng)定義>小信號阻抗掃描具有特定寬頻阻抗特性4)基于功能測試定義同步同步單元無功外環(huán)下垂控制虛擬同步發(fā)電機(jī)(Virtual同步變流器直流電容電壓控制混合同步控制構(gòu)網(wǎng)控制技術(shù)發(fā)展史電壓相角(功角)控制電壓相角(功角)控制虛擬同步機(jī)功率同步控制虛擬振蕩器控制匹配控制VE濾波p*PQQDD十十十K,s+K,QKo直流電容動(dòng)態(tài)自同步y(tǒng)nf2.1構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)EG39A0KDD11WDoAPBVgbVgcK硬件方面：配置超容或電池作為能量存儲載體，硬件方面：配置超容或電池作為能量存儲載體，使設(shè)備具備慣量支撐和電壓支撐能力；功率器控制方面：采用有功功率環(huán)和無功功率環(huán)分別模擬同步發(fā)電機(jī)的一次調(diào)頻、勵(lì)磁環(huán)節(jié)和轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，控制輸出內(nèi)電勢相位和幅值參考值，綜上，構(gòu)網(wǎng)型變流器可以獲得與同步發(fā)電機(jī)類綜上，構(gòu)網(wǎng)型變流器可以獲得與同步發(fā)電機(jī)類2.2構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)將構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)與電力電子裝備技術(shù)相結(jié)合，充分釋放構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的優(yōu)勢，是新型電力系統(tǒng)背景下的發(fā)提升處于電網(wǎng)末端的新能源場站的并網(wǎng)點(diǎn)短路容量，增加新能源場站出力能力，輔助新能為高比例新能源地區(qū)提供快速頻率和電壓支撐、以及離網(wǎng)長期穩(wěn)定運(yùn)行等能力，保障綠色解決弱系統(tǒng)互聯(lián)穩(wěn)定性問題，兼容并網(wǎng)、孤島運(yùn)行需求，系統(tǒng)故2.2構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)構(gòu)網(wǎng)型裝備能力對比靜止調(diào)相機(jī)(藍(lán)色)常規(guī)特性常規(guī)特性常規(guī)特性常規(guī)特性構(gòu)網(wǎng)型特性構(gòu)網(wǎng)型特性常規(guī)特性常規(guī)特性短路容量短路容量儲能系統(tǒng)儲能系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)構(gòu)網(wǎng)型儲能/構(gòu)網(wǎng)型柔直2.2構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)構(gòu)網(wǎng)型裝備應(yīng)用效果口構(gòu)網(wǎng)型變流器使用功率同步替代了電網(wǎng)電壓鎖相同步，具備弱網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行能力口構(gòu)網(wǎng)型變流器模擬發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢特性，在電壓變化時(shí)通過自然響應(yīng)輸出無功功率實(shí)現(xiàn)快速的暫態(tài)電壓支撐口構(gòu)網(wǎng)型控制模擬發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，在頻率變化時(shí)通過自然響應(yīng)輸出有功功率實(shí)現(xiàn)快速的頻率支撐低穿時(shí)自然發(fā)送無低穿時(shí)自然發(fā)送無功功率時(shí)間/s功率運(yùn)釋放慣量有功吸收慣量有功付②自然無功響應(yīng)，暫態(tài)電壓支撐①①弱網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行③自然有功響應(yīng)，主動(dòng)頻率支撐2.3四方構(gòu)網(wǎng)型產(chǎn)品和應(yīng)用案例35kV/20MT和同低壓儲能高壓鏈?zhǔn)絻δ軜?gòu)網(wǎng)型SVG靜止同步調(diào)相機(jī)構(gòu)網(wǎng)柔直控保2.4構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)VS新問題的適配性西王電網(wǎng)湖北側(cè)換流屋華中電網(wǎng)Upee系統(tǒng)側(cè)新能源側(cè)西王電網(wǎng)湖北側(cè)換流屋華中電網(wǎng)Upee系統(tǒng)側(cè)新能源側(cè)目錄/目錄/0101新型電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)0303保護(hù)適應(yīng)性研究故障特征分析采集測量采集測量更精準(zhǔn)電氣模型更精確控制策略更友好逆變器通用等值模型解決思路保護(hù)原理更先保護(hù)原理更先進(jìn)保護(hù)原理保護(hù)原理適應(yīng)難指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化的控制策略3.2適應(yīng)性分析差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)是優(yōu)良的主保護(hù)原理，但新能源電源故障電流幅值受限、相角受控，區(qū)內(nèi)故障時(shí)兩側(cè)故障相電流的相位差較大，此時(shí)差動(dòng)電流減小，制動(dòng)電流增大，可能造成差動(dòng)保護(hù)因靈敏度下降而拒動(dòng)。Ia個(gè)IN動(dòng)作區(qū)3.2適應(yīng)性分析新能源電源故障電流相角受控制，故障點(diǎn)過渡電阻上的短路附加阻抗可能不是純阻性，會造成距離保護(hù)拒動(dòng)、誤動(dòng)。保護(hù)M處測量電壓：保護(hù)M處測量阻抗：短路附加阻抗：3.2適應(yīng)性分析MNM*系統(tǒng)側(cè)系統(tǒng)側(cè)EF)△EM3.3保護(hù)適應(yīng)性解決方案外部系統(tǒng)外部系統(tǒng)主變匯集主變匯集全功率型逆變電源新能源側(cè)短路電流幅值受限、相位突變關(guān)鍵關(guān)鍵3.4保護(hù)適應(yīng)性驗(yàn)證RTDS仿真驗(yàn)證結(jié)果表明：(基于南澳柔直構(gòu)網(wǎng)型改造前期研究工作)構(gòu)網(wǎng)型變流器故障電流電壓的暫態(tài)波形和相位特征與同步發(fā)電機(jī)基本一致，對傳統(tǒng)交流保護(hù)有較好的適應(yīng)性。NNY構(gòu)網(wǎng)型柔直仿真系統(tǒng)圖sK2K3四MNBO-同步發(fā)電機(jī)仿真系統(tǒng)圖TV2GSMREK3點(diǎn)ABCN故障220kV側(cè)電壓構(gòu)網(wǎng)型變流器與同步發(fā)電機(jī)的電壓波0K3點(diǎn)ABCN故障220kV側(cè)電流故障期間，構(gòu)網(wǎng)型變流器與同步發(fā)電機(jī)的K3點(diǎn)ABN故障序分量對比故障期間，構(gòu)網(wǎng)型變流器與同步發(fā)電機(jī)的RTDS仿真驗(yàn)證結(jié)果表明：(基于南澳柔直構(gòu)網(wǎng)型改造前期研究工作)10.00-10.00-作區(qū)外、Ⅱ段動(dòng)作區(qū)內(nèi)，出非故障相阻抗均未進(jìn)入故障相差動(dòng)電流0附近0附近r故障相差動(dòng)電流幅值超過動(dòng)負(fù)序方向元件均判斷目錄/目錄/0101新型電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)4.1振蕩抑制技術(shù)背景及需求●新能源多采用電力電子設(shè)備接入，電力電子設(shè)備在寬頻帶阻抗特性與控制方式及參數(shù)相關(guān)，特性復(fù)雜●新能源場站末端接入，短路比低，與交流系統(tǒng)相互耦合影響，寬頻振蕩事件頻發(fā)●多地已開展寬頻振蕩防控系統(tǒng)試點(diǎn)應(yīng)用2023.1~2024.7,內(nèi)蒙某電網(wǎng)發(fā)2024.8,西北電網(wǎng)發(fā)生25Hz2023.1~2024.7,內(nèi)蒙某電網(wǎng)發(fā)2024.8,西北電網(wǎng)發(fā)生當(dāng)前2023.6,寧夏某330kV匯集站發(fā)生當(dāng)前2023.6,寧夏某330kV匯集站發(fā)生2023.8,西藏某電網(wǎng)發(fā)生寬2023.2,浙江某風(fēng)電發(fā)生諧2023.8,西藏某電網(wǎng)發(fā)生寬累計(jì)吊裝容量/萬千瓦累計(jì)吊裝容量/萬千瓦ff未來門4.1振蕩抑制技術(shù)差異項(xiàng)傳統(tǒng)系統(tǒng)振蕩抑制新型電力系統(tǒng)振蕩抑制振蕩辨識頻率范圍5~45Hz0.1~2500Hz,頻帶寬模式特性窄帶，中心頻率左右振蕩抑制振蕩輸入軸系轉(zhuǎn)速差，穩(wěn)定電壓/電流，波動(dòng)性大抑制容量依據(jù)軸系扭振風(fēng)險(xiǎn)確定依據(jù)控制目標(biāo)阻抗特性確定阻尼分配根據(jù)振蕩風(fēng)險(xiǎn)設(shè)定增益根據(jù)實(shí)際振蕩情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整增益控制參數(shù)單模式最優(yōu)阻尼整定需考慮寬頻帶適應(yīng)性，魯棒性要求高4.1振蕩抑制技術(shù)雙峰譜線插值雙峰譜線插值主究摩主究摩000實(shí)現(xiàn)0.1~2500Hz、20個(gè)振蕩模式、全特征量(振蕩電流/電壓/阻抗/功率)、高精度(測量級)、快速辨識寬頻段阻抗重塑：利用構(gòu)網(wǎng)型控制在寬頻段正阻尼特性，確保變流器本身不會成為新的振蕩源；附加阻尼控制在振蕩發(fā)生時(shí)基于母線電壓、集電線電流進(jìn)行針對化的阻抗重塑，將新能源場站在各振蕩頻點(diǎn)的阻抗特性重塑為正新能源場站阻抗重塑原理新能源場站阻抗重塑原理0004.1振蕩抑制技術(shù)采用靈活配置電容(或者配置超容)、鏈節(jié)數(shù)的方案，適應(yīng)不同應(yīng)用場景、更寬范圍的寬頻振蕩抑制需求?？诔潆娙?或配超容):增強(qiáng)次、超同步電流輸出的能力主控集裝箱