主力電源型新能源的關(guān)鍵特征和技術(shù)挑戰(zhàn)是什么

當(dāng)前冀北電網(wǎng)新能源裝機(jī)容量已突破8000萬千瓦大關(guān)，率先實(shí)現(xiàn)新能源裝機(jī)和發(fā)電量占比“雙主體”。傳統(tǒng)新能源發(fā)電方式如同依賴“火車頭”的“車廂”，自身難以主動維持電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定，易引發(fā)過電壓、振蕩等系統(tǒng)安全風(fēng)險。在此背景下，亟需開展主力電源型新能源技術(shù)攻關(guān)，讓新能源具備自主“構(gòu)網(wǎng)”能力，主動支撐電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的強(qiáng)力驅(qū)動下，我國風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電經(jīng)歷了跨越式發(fā)展。國網(wǎng)冀北電力有限公司作為我國新能源開發(fā)利用的先行者，截至目前，冀北清潔能源基地新能源裝機(jī)容量已突破8000萬千瓦大關(guān)，占統(tǒng)調(diào)裝機(jī)比例超過 80% ，率先實(shí)現(xiàn)新能源裝機(jī)和發(fā)電量雙過半。隨著新能源從原來的補(bǔ)充性電源成長為主力電源，如同一顆幼苗成長為參天大樹，必須要承擔(dān)遮風(fēng)擋雨的責(zé)任。正是在這一背景下，如何使新能源發(fā)電具備類似于火電機(jī)組的支撐能力，成為擺在電力研究人員面前的共性難題。

何為主力電源型新能源？其核心內(nèi)涵在于，新能源不僅要實(shí)現(xiàn)裝機(jī)規(guī)模上的主體地位，更需主動承擔(dān)起維護(hù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定的關(guān)鍵責(zé)任。主力電源型新能源應(yīng)具備自主構(gòu)建并維持電網(wǎng)電壓與頻率的能力，能夠主動提供慣量響應(yīng)、暫態(tài)頻率支撐以及無功調(diào)節(jié)等功能，其對外特性應(yīng)盡可能接近傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)。在以傳統(tǒng)同步機(jī)組為主的電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)新能源發(fā)電類似于火車車廂，需要同步機(jī)組這個火車頭拖著才可以行駛。隨著新能源裝機(jī)占比越來越高，好比火車車廂越來越多，便會造成系統(tǒng)承載力不足，進(jìn)而引發(fā)過電壓、寬頻帶振蕩等新型安全穩(wěn)定問題。這就需要對新能源進(jìn)行改造，使其具備自驅(qū)能力，類似于和諧號每個車廂都有驅(qū)動電機(jī)一樣，在車頭與車廂共同驅(qū)動下才能讓整列火車跑得更快更遠(yuǎn)。

目前，構(gòu)網(wǎng)型控制技術(shù)（Grid-formingControl）是實(shí)現(xiàn)新能源主力化的主流技術(shù)路徑，是與跟網(wǎng)型控制（Grid-followingControl）相對應(yīng)的變流器兩類基本控制策略，它賦予新能源類似同步發(fā)電機(jī)的自主建立電壓、頻率的能力。構(gòu)網(wǎng)型控制技術(shù)在大規(guī)模新能源匯集系統(tǒng)的應(yīng)用尚處于起步階段，面臨多維度、深層次的挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)為設(shè)備性能距離主力電源尚有不小差距、設(shè)備選型與配置原則缺失、跟/構(gòu)網(wǎng)設(shè)備協(xié)同控制復(fù)雜、測試評價體系不完備等方面。

面對重重挑戰(zhàn)，冀北公司敢為人先，率先開展構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的探索與實(shí)踐，逐步構(gòu)建起清晰的技術(shù)攻關(guān)與示范路徑。早在2017年就依托國家風(fēng)光儲輸示范工程，成功建成包括59臺2兆瓦風(fēng)電、24臺500千瓦光伏和2臺5兆瓦儲能的世界首座百兆瓦級虛擬同步發(fā)電機(jī)電站，使風(fēng)光儲電站具備模擬常規(guī)火電機(jī)組的調(diào)頻/調(diào)壓外特性的功能。2022年冀北公司獲得“大規(guī)模新能源主動支撐控制技術(shù)”國網(wǎng)公司科技攻關(guān)團(tuán)隊(duì)、“風(fēng)光儲并網(wǎng)運(yùn)行與實(shí)證技術(shù)”國網(wǎng)公司實(shí)驗(yàn)室雙命名，為項(xiàng)目繼續(xù)開展攻關(guān)奠定了基礎(chǔ)。同年，還啟動了風(fēng)光儲登高行動計(jì)劃，重點(diǎn)任務(wù)之一就是應(yīng)用構(gòu)網(wǎng)技術(shù)升級風(fēng)光儲，從而實(shí)現(xiàn)友好并網(wǎng)技術(shù)的再次引領(lǐng)。在此基礎(chǔ)上將其納入張承地區(qū)科技創(chuàng)新示范工程子工程一“構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)光儲主動支撐與匯集組網(wǎng)科技示范工程”，從設(shè)備、場站、系統(tǒng)、實(shí)證四個方面對構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)開展攻關(guān)與示范，計(jì)劃對國家風(fēng)光儲輸示范工程的596兆瓦新能源進(jìn)行改造，并擴(kuò)建150兆瓦風(fēng)電光伏，涵蓋構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)、構(gòu)網(wǎng)型光伏、構(gòu)網(wǎng)型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置、構(gòu)網(wǎng)型儲能、同步調(diào)相機(jī)等多類主動支撐模式。

依托張承子工程一，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對主力電源型新能源運(yùn)行原理、控制策略、試驗(yàn)測試等關(guān)鍵技術(shù)開展攻關(guān)，提出了新能源機(jī)組穩(wěn)態(tài)/暫態(tài)全工況構(gòu)網(wǎng)控制策略，創(chuàng)造性構(gòu)建了包含9大類、231項(xiàng)嚴(yán)苛測試工況的構(gòu)網(wǎng)型設(shè)備性能測試評價體系，并完成了11個型號設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室硬件在環(huán)測試，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)、光、儲、動態(tài)無功補(bǔ)償裝置四大類主流技術(shù)路線的全覆蓋測試，其中包括國內(nèi)首臺構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)儲一體機(jī)、首臺雙星型構(gòu)網(wǎng)型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置等標(biāo)志性產(chǎn)品。

新能源從裝機(jī)主體躍升為安全穩(wěn)定的責(zé)任主體，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢和必由之路。面向未來，我們將進(jìn)一步深化主力電源型新能源技術(shù)攻關(guān)，在技術(shù)研究、工程示范、標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)等多個維度持續(xù)發(fā)力，為新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供可復(fù)制、可推廣的“冀北方案”?！?/p>