构网型技术研究与应用

构网型技术研究与应用目录/技术背景简介目录/构网型技术理论研究构网型技术典型应用小结与展望01技术背景简介随着新型电力系统的快速发展，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广应用，电力系统惯量降低、频率\电压的支撑调节能力变差，系统波动也容易易诱发电力电子设备脱网，更加剧了对电力系统的安全稳定运行的影响。换流器主导电力系统换流器主导电力系统低惯量密级：□核心商密□普通商密□对内公开√对外公开注：2030年、2060年数据摘自全球能源互联网发展合作组织3《中国2030年能源电力发展规划研究及2060年展望》3四方01技术背景简介四方为应对新型电力系统面临的挑战，相关研究和工程应用中采用的主流解决方案有短时有功支撑，具有维持电网电压和频率稳定的作用。以构网技术为核心构建具有电压源特性的电力电子变流器，使电力电子装置向电网提供类似于同步机的电压、频率支撑能力。构网技术的载体包括储能变流器、SVG、柔直、新能源(风电、光伏)并网变四方01技术背景简介四方国内构网技术的行业发展情况《关于印发加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划的通知》提出推进风光储体化装备发展，推动构网型新熊发电装备研弈发《能源碳达峰碳中和标准化提升行动计划》提出推动构网型柔性直流技术标准体系建设，能及检测等核心标准研制《2023年风电、光伏发电等新能源项能配提出加大储置力度、能配袈构网型储能装置《关于组织上报2023年独立新型储建设方案的通知》提出新疆多地原则上构网型储能比例不低于年度新型储能的20%《内蒙古自治区电网侧独立新型储能电站示范项新型储能电站示范项目优先考虑提供物理转动惯量的技术路线《关于组织开展可再生能源发展试点示范的通知》支持构网型风电、构网型光伏、构网型储能等技术研发与工程示范01技术背景简介国内外构网标准规范与工程技术要求英、德、美、澳等国先后制定了构网技术标准或规范，针对储能、柔直等构网型装置，提出了有功控制、无功控制、黑启动、故障穿越等性能要求，明确了构网型装66四方四方国内外构网标准规范与工程技术要求中关村储能产业技术联盟团体标准《构网型储能变流器技术规范》2023年12月26日20~50范围内；·调节时间应不大于1s;·有功响应允许误差应在±2%*额定功率以内。12.5~33.3范围内；·无功功率响应时间应不大于50ms;·无功功率控制允许偏定功率以内。故障穿越故障穿越过载能力过载能力运行时间应≥10min;运行时间应≥1min;运行时间宜≥10s;运行时间宜≥2s。并/离网阻尼控制黑启动报警和保护报警和保护密级：□核心商密□普通商密□对内公开√对外公开目录/技术背景简介目录/构网型技术理论研究构网型技术典型应用小结与展望四方02构网型技术理论研究四方构网的定义：四个维度1)基于控制方式定义2)基于时域响应定义3)基于频域响应定义从广义上看，电力电子技术装备能呈现出频率、电压主动调节特性，均具备“构网”潜力!4)基于功能测试定义,主动向电网提供支撑，兼具黑启动、自同步、故【我国团标和美国规范推荐定义】同同步单元无功外环02构网型技术理论研究构网型技术理论发展负载频率控制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电压相角(功角)控制功率同步控制(Power虚拟振荡器控制混合同步控制匹配控制⑨PPQQ下垂控制11s]E土模拟转子运动方程十θ十DpDp十EQ直流电容电压控制+V四方02构网型技术理论研究四方等效模型等效模型同步方式同步方式惯量支撑能力惯量支撑能力暂态电压支撑暂态电压支撑输出阻抗输出阻抗强弱电网适应性电流控制能力强弱电网适应性电流控制能力密级：□核心商密□普通商密□对内公开√对外公开02构网型技术理论研究构网控制典型架构构网典型控制架构包括外环控制环节、虚拟阻抗环节与内环控制环节，外环控制的有功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、摇摆方程和励磁环节，控制输出内电势相位和幅值参考值，再经过虚拟阻抗计算及电流控制环生成调制波。开02构网型技术理论研究四方1构网型控制和跟网型控制暂态电压支撑效果对比锁相失稳功率振荡锁相失稳功率振荡o构网型控制，SCR=1.0,弱系统可稳定运行开02构网型技术理论研究关键问题研究限流与高频振荡抑制故障穿越与继电保护协同控制电网强度识别与适配控制02构网型技术理论研究1)限流与高频振荡抑制▶在学术、政策和标准的共同引导下，提升变流器短时过流能力逐渐成为业界共识。这便要求变流器对于高倍率过载工况下的大电流仍具有较强的控制能力；▶从控制架构看，外环控制作用在于模拟同步机的输出特性，使变流器具备提供频率、电压支撑的构网能力；内环控制作用在于通过电流反馈精准控制，增强变流器的电流限制能力。外环控制：实现构网特性外环控制：实现构网特性内环控制：增强限流能力Pm虚拟lqref密级：百核心商密-口普通商密对肉公开二对外公+f1一stqfr,E开1)限流与高频振荡抑制▶高频振荡原因分析：在反馈控制中，引入的电压、电流采样与计算等链路延时带来了高频振荡风险，使变流器在中高频段出现负阻尼特性，当交流系统在该频段正阻尼不足时，将产生交互振荡。IourIour电阻+电容信号信号真实反馈信号上信号R给定信号给定信号给定信号信号密级：□核心商密□普通商密□对内公开√对外公开02构网型技术理论研究1)限流与高频振荡抑制▶阻抗重塑高频振荡抑制方法：采用电压前馈非线性滤波技术，改造变流器阻抗特性，减小负阻尼区间，有效降低高频振荡风险；一二次融合设计与优化控制方法：在成本可控的条件下，通过增强变流器桥臂一次元负电阻区域负电阻区域a)前馈电压低通滤波变流器阻抗特性b)前馈电压非线性滤波阻抗特性二c)优化控制方法阻抗特性密级：□核心商密□普通商密□对内公开√对外公开02构网型技术理论研究1)限流与高频振荡抑制研究表明：采用一二次融合设计与优化控制方法的构网型设备具有全频段的正阻尼特性，同时还具有稳态/暂态对外阻抗特性保持一致、系统电压突变能够瞬时响应等特系统运行方式切换，阻抗变化系统运行方式切换，阻抗变化，传统电压前馈低通滤波方式下，系统出现高频振荡。系统运行方式切换，阻抗变化，阻系统运行方式切换，阻抗变化，阻抗重塑/优化控制方式下，系统稳定运行。一Ua—Ub—Ucc)优化控制方法阻抗特性开02构网型技术理论研究2)故障穿越与继电保护协同控制▶电网故障时，同步发电机电源等效为电压源特性，而新能源和逆变设备电源输出为受控电流源特性，保护原理依据的理论存在不适用问题；某风电场故障期间响应t5某柔直系统单相故障仿真波形密级：□核心商密□普通商密□对内公开√对外公开▶某风电场故障期间响应t5某柔直系统单相故障仿真波形密级：□核心商密□普通商密□对内公开√对外公开某变流器故障穿越电流02构网型技术理论研究2)故障穿越与继电保护协同控制适应传统继电保护故障判别原理的变流器暂态特性目标非恒定电压源暂态恒定电压源受控制策略影响过渡依赖软件仿真故障机理明确，可等效易于解析分析不同厂家、不同运行工况暂态特性差异大暂态特征归一化，故障特征明确负序抑制影响序分量选相、序分量保护等元件序分量特征合理、明确对现有稳定、保护系统友好短路电流小，影响保护灵敏度提供短路电流支撑，保证保护灵敏度反馈控制存在滞后性，非故障相电压易被抬高，影响电压稳定对故障相电压形成有效支撑，非故障相不会过电压开02构网型技术理论研究2)故障穿越与继电保护协同控制等效电压源型故障穿越控制策略qP-f正序电流环负序电流环IdpInIh跟网型控制：暂态故障期间，根据电压跌落深度跟网型控制：暂态故障期间，根据电压跌落深度计算无功电流指令，配合电流环限制过电流、抑制负序电流，保持输出电流对称。Iaʃ电流内环虚拟阻抗坐标udq等效为内阻抗较大的发电机，电压、电流相位关系确定。开2)故障穿越与继电保护协同控制U883:Va289.二12:383.8=193采用虚拟阻抗限流的储能变流器可等效为小容量的同步发电机，模拟了同步发电机的故障电流序分量相角特性，对传统交流保护有良好的适应性。02构网型技术理论研究3)电网强度识别与适配控制储能系统储能系统跟网储能眼网储能跟网储能佬能出线制，电网强度较弱时易引发宽频振荡问题。通过配置一定容眼网储能跟网储能佬能出线√电网强度较弱时，重点考虑宽频振荡稳定性和主动支撑电网的能力，需要构网型装备容量占比较高；√电网强度较强时，重点考虑设备对新能源场站调度控制指令快速高精度响应能力，不需要大量设备自主对电网变化进行响应，构网型装备占比可以较低或不需要构网新能源场站在运行过程中，电网强度可能随时发生变化，亟待研究适应电网强度宽范围变化的解决方案。2023.1,兴安电网发生多2023.6,宁夏中卫330kv汇集站发2023.8,西藏阿里发生宽密级：□核心商密□普通商密□对内公开√对外公开02构网型技术理论研究3)电网强度识别与适配控制●区域强度识别系统，在火/水/同步调相机、新能源场站、开关站等站点配置区域强度识别系统主站/子站/执行站；●构网与跟网协调控制系统，依据区域强度识别系统信号，以短路容量范围为算法边界，计算出构网型与跟网型运行比例。既保障合理的短路容量，亦提高跟网型的功率精准控制；●跟网/构网可切换设备，一套设备两套算法并具备动态切换算法能力。区域强度识别系统构网与跟网协调控制跟网/构网可切换设备开02构网型技术理论研究3)电网强度识别与适配控制案例：电网强度变弱，导致新能源场站出现功率振荡时，通过将部分跟网/构网可切换设备切换为构网模式，可以提高系统阻尼，实现振荡抑制效果，使系统恢复稳定运行。切换设备切换储能1密级：□核心商密□普通商密□对内公开√对外公开02构网型技术理论研究3)电网强度识别与适配控制案例：当电网强度变强时，跟网/构网可切换设备可根据系统需求与指令，切换为跟网型控制方式，快速高精度的响应新能源场站调度控制指令，可以提升系统总体可控容量与响应速度，加强功率平滑、削峰填谷、紧急功率控制等能力，增强新能源场站出力的稳定性与可控性。35k1母线跟网/构网可跟网/构网可切换储能共.风电场跟网/构网可切换设备配置示意图开目录/技术背景简介目录/构网型技术理论研究构网型技术典型应用小结与展望03构网型技术典型应用构网型储能/构网型SVG在平抑波动性的基础上，实现频率调节和电压支撑功能，拓展高比例新能源系统的稳定构网型SVG提供一定短路容量和惯量支撑、电压支撑，提高新能源场站的送出极限与运行稳定性，为增强电网强度提供新型解决方案。四方开03构网型技术典型应用构网型储能：变压器能量管理系统控制网控制指令状态信息风电光伏状态信息电能交互信息交互储能系统四方暂态容量响应能力暂态容量响应能力过载能力倍额定功率过载10分钟，支持3倍额定功率过载10秒。电网适应能力黑启动能力、电压幅值0~130%范围内根据有关阻尼控制能力一次调频能力当电网频率出现0.2~2.5Hz低频振在并网运行时，变流器可以与储能协荡时，可以通过阻尼控制调节有功调控制器配合或自动完成系统频功率、抑制低频振荡。时的功率响应特性公开√对外公开振荡且环流小于5%