構(gòu)網(wǎng)型變流器技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用 2024

構(gòu)網(wǎng)型變流器技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用2024年10月二、構(gòu)網(wǎng)型變流器技術(shù)三、典型設(shè)備與工程應(yīng)用國(guó)家電網(wǎng)公司國(guó)家電網(wǎng)公司我國(guó)新能源發(fā)展迅猛，2023年新增裝機(jī)2.8億千瓦，2023年底全國(guó)新能源裝機(jī)10.5億千瓦(風(fēng)4.4、光202020202.82.58642030~2060年我國(guó)電源裝機(jī)總量及結(jié)構(gòu)3新能源占比增大使電力系統(tǒng)電源特性發(fā)生根本性變化新能源占比大幅提高，極大增加電源側(cè)的不可控性，電源側(cè)的隨機(jī)性、波動(dòng)性增大，預(yù)測(cè)困難。新能源發(fā)電尖峰功率大，爬坡速率快等特性對(duì)電源側(cè)快速響應(yīng)和調(diào)節(jié)能力提出更高要求。風(fēng)速、輻照度等氣象因素直接影響風(fēng)電和光伏發(fā)電量，同時(shí)極端天氣對(duì)新能源供電能力影響極大。華北風(fēng)電東北風(fēng)電華北風(fēng)電東北風(fēng)電西北風(fēng)電華北光伏東北光伏西北光伏風(fēng)電出力(萬(wàn)千瓦)風(fēng)電出力(萬(wàn)千瓦)55實(shí)際實(shí)際一實(shí)際出力3時(shí)間4國(guó)家電網(wǎng)公司CORPORATIONOFCHINA用電量(萬(wàn)億千瓦時(shí))用電量(萬(wàn)億千瓦時(shí))202025203020503十電制燃料月電量占比電動(dòng)汽車(chē)電量占比0200040006000800010000120001400016000負(fù)荷(MW)AMAMAMPMPMPMAM時(shí)問(wèn)55國(guó)家電網(wǎng)公司國(guó)家電網(wǎng)公司定性問(wèn)題突出。沙戈荒新能源大基地系統(tǒng)空心化問(wèn)題突出沙戈荒新能源大基地系統(tǒng)空心化問(wèn)題突出hh交壓器電網(wǎng)66CORPORATiONOFCHINA電力電子設(shè)備大量接入使系統(tǒng)特性發(fā)生重大變化電力電子設(shè)備大量接入使得系統(tǒng)特性發(fā)生重大變化電力電子設(shè)備大量替代常規(guī)發(fā)電機(jī)組，使得電源電壓支撐能力變?nèi)酰到y(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量降低，頻率調(diào)節(jié)能力下降。電網(wǎng)與電力電子設(shè)備復(fù)雜電磁耦合導(dǎo)致寬頻振蕩問(wèn)題突出，電力電子設(shè)備非線性使得高頻諧波日益顯著。電力電子設(shè)備輸出特性由控制系統(tǒng)主導(dǎo)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為和穩(wěn)態(tài)特性更加復(fù)雜多變，不確定性增加。(火)(火)封亦卡詩(shī)斷封亦卡詩(shī)斷2013201420152011年度年度--最低博量在HD電振網(wǎng)時(shí)功*率(%)訣之液蘭畫(huà)畫(huà)以新能源最大消納為目標(biāo)模擬測(cè)算，預(yù)計(jì)2030年全國(guó)同步機(jī)組出力占總負(fù)荷之比大于50%、80%累計(jì)時(shí)段將達(dá)全年時(shí)長(zhǎng)的100%和約61%;2060年占總負(fù)荷之比大于40%、50%累計(jì)時(shí)段仍達(dá)全年84%和53%。同步■氣電500050002060年風(fēng)光發(fā)電占比達(dá)2060年風(fēng)光發(fā)電占比達(dá)CORPORATIONOFCHINA-同步發(fā)電機(jī)——構(gòu)網(wǎng)型逆變器期率/H期率/H虛擬同步發(fā)電機(jī)控制9CORPORATIONOFCHINA傳統(tǒng)電力同步機(jī)為主單一大電網(wǎng)僅為電力消費(fèi)者源隨荷動(dòng)機(jī)械電磁系統(tǒng)要新型電力風(fēng)電、光伏發(fā)電為主，集中式與分布式并存廣泛互聯(lián)、交直流混聯(lián)、主微網(wǎng)并存用戶既是電力消費(fèi)者，又是電力生產(chǎn)者側(cè)、網(wǎng)側(cè)與荷側(cè)均可靈活調(diào)節(jié)同步機(jī)和電力電子設(shè)備共同主導(dǎo)、同步機(jī)為基礎(chǔ)混合系統(tǒng)要C目CORPORATIONOFCHINA跟網(wǎng)型變流器構(gòu)網(wǎng)型變流器■通過(guò)鎖相環(huán)跟蹤和同步系統(tǒng)電壓，控制輸出通過(guò)模擬同步發(fā)電機(jī)功率同步環(huán)節(jié)，通過(guò)輸出■基于功率同步的電壓源。■不依賴(lài)電網(wǎng)狀態(tài)，能夠提供慣量和阻尼。δδVpXVgZFollowingIIgd國(guó)家電網(wǎng)公司構(gòu)網(wǎng)型控制通過(guò)虛擬同步發(fā)電機(jī)控制(VSG)、下垂控制擬合同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程、頻率(調(diào)速器)模擬同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程(考慮阻尼作用):P-I.增大+-(0_-0,)增大+-0減小T從轉(zhuǎn)子抽取溫TP-I,減小←-(0.-的)減小-0增大的品素學(xué)韓子PD,0-3構(gòu)網(wǎng)型變流器同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)發(fā)生電壓擾動(dòng)時(shí)，構(gòu)網(wǎng)型變流器可以通過(guò)控制維持內(nèi)電勢(shì)穩(wěn)定，提供無(wú)功電流支撐系統(tǒng)電壓，電流大構(gòu)網(wǎng)型變流器三個(gè)必要條件：一是硬件的短時(shí)過(guò)載能力、二是直流側(cè)的持續(xù)能量供給、三是控制軟件的主承受短時(shí)高倍過(guò)載電流的部件是電力電子器件，過(guò)載能力相對(duì)弱；實(shí)際內(nèi)阻抗很小、暫態(tài)過(guò)程中對(duì)外呈現(xiàn)額定電流幾倍的短路電流以恢復(fù)機(jī)端電壓(提供電網(wǎng)強(qiáng)在故障暫態(tài)過(guò)程中呈現(xiàn)的內(nèi)阻抗主要為暫態(tài)電抗，標(biāo)國(guó)家電網(wǎng)公司國(guó)家電網(wǎng)公司器的支撐能力(能量)來(lái)源于直流側(cè)的能量。能量能量十十66VV二構(gòu)網(wǎng)型變流器主要工作原理與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上析臂電壓上析臂電壓交流輸出交流輸出電壓下橋背電壓vX基于全控器件的構(gòu)網(wǎng)型變流器基于半控器件的跟網(wǎng)型變流器基于全控器件的構(gòu)網(wǎng)型變流器基于半控器件的跟網(wǎng)型變流器換流閥隔離變換橋能量共事池十能量共事池構(gòu)網(wǎng)型變流器構(gòu)網(wǎng)型變流器L“UCMMC拓?fù)鋲K本三電平拓?fù)?8國(guó)家電網(wǎng)公司構(gòu)網(wǎng)型變流器主要工作原理與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)CORPORATIONOFCHINA,QDe全橋子模塊LALcLA接口電路接口電路國(guó)家電網(wǎng)公司國(guó)家電網(wǎng)公司低壓多機(jī)并聯(lián)裝置電壓V?∠θ?環(huán)流低壓多機(jī)并聯(lián)裝置電壓V?∠θ?環(huán)流X不一致國(guó)家電網(wǎng)公司國(guó)家電網(wǎng)公司BC決決口0oLs核言座aDD-o不足：受直流電壓限制應(yīng)用高參數(shù)電力電子器核言座aDD-o國(guó)家電網(wǎng)公司國(guó)家電網(wǎng)公司C0MINMIT二、構(gòu)網(wǎng)型變流器技術(shù)T儲(chǔ)能儲(chǔ)能本一端或多端采用構(gòu)網(wǎng)換流器(構(gòu)網(wǎng)端),直流側(cè)可并聯(lián)直流直掛儲(chǔ)能。國(guó)家電網(wǎng)公司構(gòu)網(wǎng)型柔直-張北柔直電網(wǎng)正極正極層康巴諾爾站正極fZZ中都站正極0中都站正極0負(fù)極層負(fù)極層Eref中都站負(fù)極延慶站負(fù)極中都站負(fù)極張北柔直工程張北柔直工程其由交流電網(wǎng)的“負(fù)擔(dān)”升級(jí)為“支柱”,能夠向電網(wǎng)提供慣量。2022年4月和2023年4月，在渝鄂背靠背施州柔XR-t0XR-t0EEoEEoDC-35kV35kV母線啟動(dòng)回路啟動(dòng)回路b3NTDC-T西藏網(wǎng)源結(jié)構(gòu)極為薄弱、穩(wěn)定問(wèn)題十分突出，為解決西藏電力保供難題，在拉薩110kV當(dāng)雄站、日喀則220kV薩嘎站、阿里110kV加木站各加裝1套額定容量50Mvar、10s過(guò)載容量150Mvar、瞬時(shí)有功功率超項(xiàng)目項(xiàng)目額定輸出交流電流(A)1.1倍額定電流可長(zhǎng)期運(yùn)行1.8倍電流可連續(xù)運(yùn)行2h4500V/3000A壓接式IGBT半橋/4500V/3000A壓接式IGBT能量能量略增加構(gòu)網(wǎng)型SVG電壓源核心控制策略構(gòu)網(wǎng)控制+動(dòng)態(tài)限流策略暫態(tài)響應(yīng)延遲無(wú)功反調(diào)特性較大反調(diào)基本無(wú)反調(diào)暫態(tài)過(guò)流能力應(yīng)用場(chǎng)景要求可用于SCR≈1的極弱系統(tǒng)中國(guó)家電網(wǎng)公司國(guó)家電網(wǎng)公司CCo5o5北本CIM本本M本國(guó)家電網(wǎng)公司國(guó)家電網(wǎng)公司拉果錯(cuò)構(gòu)網(wǎng)型低壓儲(chǔ)能項(xiàng)目位于西藏阿里地區(qū)，海拔4600m,暫態(tài)總支撐容量達(dá)290MW,是目前全球最大的組件匯流箱組件逆變器電池直流變換器電池同步機(jī)/光儲(chǔ)同步機(jī)同步機(jī)/光儲(chǔ)同步機(jī)變壓器類(lèi)