2024年新型电力系统下的构网技术应用报告-四方继保（刘树）

新型电力系统下的构网技术应用北京四方继保自动化股份有限公司刘树2024年10月密级：□核心商密□普通商密□对内公开■对外公开04振荡抑制技术研究1.1新型电力系统的变化及特征□据国家能源局数据统计，2023年我国容量约占我国电源总容量的36%□据国家能源局数据统计，2023年我国容量约占我国电源总容量的36%。□预计2024年底煤电占总装机比重降至37%,2030年我国新能源发电装机规模超过煤电，成为第一大电源；2060年前新能源发电量占比有望超过50%,4.4亿千瓦6.1亿千瓦传统发储能系统核电新能源1.2新型电力系统面临挑战应对方案：储能能够起到平滑新能源波动、提高消纳的作用，是建设高比例新能源供给消纳体系、提高电网柔性的关键技术。源网荷储一体化技术通过整合源、网、荷、储四个环节，实现41.2新型电力系统面临挑战高比例电力电子：高比例新能源变流器、新型储能、柔性直流输电等电力电子技术广泛推增加电机类调节设备提供支撑应用构网型电力电子装置提供支撑增加电机类调节设备提供支撑51.2新型电力系统面临挑战电保护动作性能受到影响，宽频振荡问题频繁出现，安全运行面临挑战。6目录/目录/0101新型电力系统面临的挑战2.1构网型技术1)基于控制方式定义1)基于控制方式定义2)基于时域响应定义2)基于时域响应定义3)基于频域响应定义3)基于频域响应定义>小信号阻抗扫描具有特定宽频阻抗特性4)基于功能测试定义同步同步单元无功外环下垂控制虚拟同步发电机(Virtual同步变流器直流电容电压控制混合同步控制构网控制技术发展史电压相角(功角)控制电压相角(功角)控制虚拟同步机功率同步控制虚拟振荡器控制匹配控制VE滤波p*PQQDD十十十K,s+K,QKo直流电容动态自同步ynf2.1构网型技术EG39A0KDD11WDoAPBVgbVgcK硬件方面：配置超容或电池作为能量存储载体，硬件方面：配置超容或电池作为能量存储载体，使设备具备惯量支撑和电压支撑能力；功率器控制方面：采用有功功率环和无功功率环分别模拟同步发电机的一次调频、励磁环节和转子运动方程，控制输出内电势相位和幅值参考值，综上，构网型变流器可以获得与同步发电机类综上，构网型变流器可以获得与同步发电机类2.2构网型技术将构网型技术与电力电子装备技术相结合，充分释放构网型技术的优势，是新型电力系统背景下的发提升处于电网末端的新能源场站的并网点短路容量，增加新能源场站出力能力，辅助新能为高比例新能源地区提供快速频率和电压支撑、以及离网长期稳定运行等能力，保障绿色解决弱系统互联稳定性问题，兼容并网、孤岛运行需求，系统故2.2构网型技术构网型装备能力对比静止调相机(蓝色)常规特性常规特性常规特性常规特性构网型特性构网型特性常规特性常规特性短路容量短路容量储能系统储能系统同步发电机构网型储能/构网型柔直2.2构网型技术构网型装备应用效果口构网型变流器使用功率同步替代了电网电压锁相同步，具备弱网稳定运行能力口构网型变流器模拟发电机内电势特性，在电压变化时通过自然响应输出无功功率实现快速的暂态电压支撑口构网型控制模拟发电机转子运动方程，在频率变化时通过自然响应输出有功功率实现快速的频率支撑低穿时自然发送无低穿时自然发送无功功率时间/s功率运释放惯量有功吸收惯量有功付②自然无功响应，暂态电压支撑①①弱网稳定运行③自然有功响应，主动频率支撑2.3四方构网型产品和应用案例35kV/20MT和同低压储能高压链式储能构网型SVG静止同步调相机构网柔直控保2.4构网型技术VS新问题的适配性西王电网湖北侧换流屋华中电网Upee系统侧新能源侧西王电网湖北侧换流屋华中电网Upee系统侧新能源侧目录/目录/0101新型电力系统面临的挑战0303保护适应性研究故障特征分析采集测量采集测量更精准电气模型更精确控制策略更友好逆变器通用等值模型解决思路保护原理更先保护原理更先进保护原理保护原理适应难指标标准化指标标准化的控制策略3.2适应性分析差动保护差动是优良的主保护原理，但新能源电源故障电流幅值受限、相角受控，区内故障时两侧故障相电流的相位差较大，此时差动电流减小，制动电流增大，可能造成差动保护因灵敏度下降而拒动。Ia个IN动作区3.2适应性分析新能源电源故障电流相角受控制，故障点过渡电阻上的短路附加阻抗可能不是纯阻性，会造成距离保护拒动、误动。保护M处测量电压：保护M处测量阻抗：短路附加阻抗：3.2适应性分析MNM*系统侧系统侧EF)△EM3.3保护适应性解决方案外部系统外部系统主变汇集主变汇集全功率型逆变电源新能源侧短路电流幅值受限、相位突变关键关键3.4保护适应性验证RTDS仿真验证结果表明：(基于南澳柔直构网型改造前期研究工作)构网型变流器故障电流电压的暂态波形和相位特征与同步发电机基本一致，对传统交流保护有较好的适应性。NNY构网型柔直仿真系统图sK2K3四MNBO-同步发电机仿真系统图TV2GSMREK3点ABCN故障220kV侧电压构网型变流器与同步发电机的电压波0K3点ABCN故障220kV侧电流故障期间，构网型变流器与同步发电机的K3点ABN故障序分量对比故障期间，构网型变流器与同步发电机的RTDS仿真验证结果表明：(基于南澳柔直构网型改造前期研究工作)10.00-10.00-作区外、Ⅱ段动作区内，出非故障相阻抗均未进入故障相差动电流0附近0附近r故障相差动电流幅值超过动负序方向元件均判断目录/目录/0101新型电力系统面临的挑战4.1振荡抑制技术背景及需求●新能源多采用电力电子设备接入，电力电子设备在宽频带阻抗特性与控制方式及参数相关，特性复杂●新能源场站末端接入，短路比低，与交流系统相互耦合影响，宽频振荡事件频发●多地已开展宽频振荡防控系统试点应用2023.1~2024.7,内蒙某电网发2024.8,西北电网发生25Hz2023.1~2024.7,内蒙某电网发2024.8,西北电网发生当前2023.6,宁夏某330kV汇集站发生当前2023.6,宁夏某330kV汇集站发生2023.8,西藏某电网发生宽2023.2,浙江某风电发生谐2023.8,西藏某电网发生宽累计吊装容量/万千瓦累计吊装容量/万千瓦ff未来门4.1振荡抑制技术差异项传统系统振荡抑制新型电力系统振荡抑制振荡辨识频率范围5~45Hz0.1~2500Hz,频带宽模式特性窄带，中心频率左右振荡抑制振荡输入轴系转速差，稳定电压/电流，波动性大抑制容量依据轴系扭振风险确定依据控制目标阻抗特性确定阻尼分配根据振荡风险设定增益根据实际振荡情况，动态调整增益控制参数单模式最优阻尼整定需考虑宽频带适应性，鲁棒性要求高4.1振荡抑制技术双峰谱线插值双峰谱线插值主究摩主究摩000实现0.1~2500Hz、20个振荡模式、全特征量(振荡电流/电压/阻抗/功率)、高精度(测量级)、快速辨识宽频段阻抗重塑：利用构网型控制在宽频段正阻尼特性，确保变流器本身不会成为新的振荡源；附加阻尼控制在振荡发生时基于母线电压、集电线电流进行针对化的阻抗重塑，将新能源场站在各振荡频点的阻抗特性重塑为正新能源场站阻抗重塑原理新能源场站阻抗重塑原理0004.1振荡抑制技术采用灵活配置电容(或者配置超容)、链节数的方案，适应不同应用场景、更宽范围的宽频振荡抑制需求。口超配电容(或配超容):增强次、超同步电流输出的能力主控集装箱