李岩-构网技术发展与工程实践

直流输电与电力电子专业委员会2026年学术年会SEPRI构网技术发展与工程实践2026年10月15日，长沙SEPRI知识产权声明本文件的知识产权属南方电网公司所有。对本文件的使用及处置应严格遵循南方电网公司有关规定或获取本文件的合同及约定的条件和要求。未经南方电网公司事先书面同意，不得对外披露、复制。IntellectualPropertyRightsStatementThisdocumentisthepropertyofandcontainsproprietaryinformationownedbyCSGand/oritsrelatedproprietor.Youagreetotreatthisdocumentinstrictaccordancewiththetermsandconditionsoftheagreementunderwhichitwasprovidedtoyou.NodisclosureorcopyofthisdocumentispermittedwithoutthepriorwrittenpermissionofCSG.一、技术背景三、构网工程应用SEPRI标。截至2025年底，新能源装机总规模超2.6亿千瓦，装机占比40%。南方电网电力电子化电源占比不断上升，预计到2030、2060年，南网的电力电子化电源占比分别达到56%和74%28000260002000060002000716.2201320142015201620174178417841782018201920208104.540%20% 42%40% 2020202320252030203520402013—2025年南网新能源装机变化(万千瓦)南网区域电力电子化电源渗透率预计电力电子化比例的提升，导致系统物理特性发生改变SEPRI·高比例电力电子化使得当前电力系统由同步发电机的“物理主导”特性，演变为并网变流器的“控制主导”特性，系统强度和惯量下降，电网电压和频率稳定面临新挑战传统电力系统新型电力系统5SEPRI·2025年迎峰度夏方式下南网范围内，短路比小于3的220kV及以上新能源场站有146个，占比37.8%,小于2的220kV及以上新能源场站有8个。存在跟网型设备在弱系统下的振荡失稳问题>粤西合和海风场临时接入220kV母线，风电场接入点短路比低(短路比小于2;短路电流仅0.7KA);2023年9月12日陆上站SVG调试期间，出现两次SVG振荡跳闸事件，引发合和海风场陆上站500kV母线电压出现振荡，振荡频率15Hz500kV母线三相电压瞬时值SVG换流阀三相桥臂电容电压平均值断路器分闸信号及保护动作信号67挑战2——孤岛型电力系统运行问题SEPRI·高比例新能源电网与主网解列后，需要独立维持电压和频率。若支撑能力不足，可能发生振荡失·云南玉溪新平片区新能源占比92%,220kV玉新双线全线同塔，存在山火跳闸风险。双线跳闸玉新双线N-2:被动孤岛-1001208060400-100EQ\*jc3\*hps34\o\al(\s\up1(0),0),EQ\*jc3\*hps26\o\al(\s\up2(0),8)EQ\*jc3\*hps26\o\al(\s\up2(0),0)56.0-54.0-52.0-50.0-48.046.044.0-42.040.038.0-挑战3新能源富集区域的消纳问题SEPRI·在新能源富集区域，需要火电开机以提供故障下的电压支撑能力，电压稳定仍存在对传统机组的依赖火电全关+构储1300时域仿真曲线滇南三厂4机滇东雨汪2机罗平MHwY600万千瓦MHwY在富宁站220kV母线配置构网型储能的效果8SEPRI·沙戈荒等大规模新能源基地送端地区就地常规水火电源支撑不足，电网网架薄弱；新能源分布地域广、装机数量多，频率和电压稳定困难，组网难度大 典220kV500220kV220kV35kVQ-35kV35kV220kV110220kV35kV带220kV带出出9SEPRI·上述问题本质上是由于新型电源的电网构造能力(构网)下降导致的，特别是现有的电力电子化电源基本都不具备构网能力将弱系统补为强系统构网型控制跟网型控制建立系统电压构网型控制跟网型控制Z3提供故障电流支撑阻尼可控3提供故障电流支撑阻尼可控··依赖外部电网电压·无惯量支撑，仅具备快速频率响应能力·对外体现为电流源并联端口导纳特性·无孤网运行及黑启动能力·自行构建电网电压·对外体现为电压源串联端口阻抗特性黑启动·具备孤网运行及黑启动能力黑启动SEPRI控制基础：变流器需采用体现电压源特性的构网控制策略，实现对同步发电机特性的模拟能量基础：变流器需要有相对稳定的备用能量来源，以提供频率支撑所需的能量硬件基础：变流器应具备一定的过流能力，故障下避免过流跳机且能够维持电压源输出外特性构网能力三大基础常规变流器控制基础●下垂控制●控制基础●下垂控制●虚拟同步机控制●匹配控制硬件基础●储能：3倍10秒过载能力●柔直：1.3倍1秒过负荷阀构网控制策略构网控制策略提高器件过流能力增加能量储存单元●风电：转子动能、功率备用●光伏：预留功率备用构网型变流器●储能：锂电池、超容构网型变流器●柔直：子模块电容、对端系统构网技术体系SEPRI·构网技术以系统稳定需求为牵引，通过功能要求、规划运行、场站装备、变流器控制和功率器件逐层实现。系统需求向下落实，装备能力向上反馈需求落实变流器与控制实现弱网、稳定支撑、故障与恢复电压源行为、响应特性、故障适应选址定容、运行余量、集群协调同步、调压、功率分担、限流与恢复拓扑、过流、热约束与直流能源能力反馈一、技术背景三、构网工程应用构网技术政策发展SEPRI·国外方面，继德国对新并网的柔直和STATCOM装备提出强制构网要求后，英国、瑞典和芬兰也将从2025年底开始对柔直和D类型(50MW以上或接入110kV以上电网)电力电子装备强制要求构网能力·国内方面，在电力系统实际需求以及各类国家/地方政策的支持下，构网技术也在如火如荼的发展当中2.0applicable(aftergeneraltransitional2.0applicable(aftergeneraltransitionalperiod+dedicatedtransitionalperiodof3years)Gridforming时间应用地点容量设备类型湖北荆门高桥储能构网型储能张北柔性直流电网±500kV/单站最大3000MW构网型柔直新疆天润木垒风电场构网型风机额济纳源网荷储系统25MW/25MWh构网型储能西藏拉果错源网荷储系统一期115MWp光伏+65MW/130MWh储能构网型储能吉林八面风电场静止同步调相机青海宝库高压直挂构网储能35KV/108MW/430MWh构网型储能合和海风电场4x60Mvar构网型SVG在建宁夏腾格里沙漠新能源基地320MW构网型储能国内主要构网工程CHINASOUTHERNCHINASOUTHERNPOWERGRIDSEPRI·近年内，世界各国陆续发布通用型或单独针对某类构网设备的技术标准与规范EFOKTONTEOHMCALQEMEMTSentso@2025·PhasellInverterInverter-basedResources2026·Version32026·V2.12026·r332026·9月2026·V1.9Especificocióntécnica2025·11月丹麦Energinet2026·Version1瑞士Swissgrid2025·SJV2024挪威Statnett2025·NVF2025北欧四家TSO2025·11月爱尔兰EirGrid/SONISEPRI·各国发布的标准与规范对构网的定义和功能要求尚未统一，总体是12种功能需要，各国存在差异·例如对孤岛运行、黑启动及阻抗特性要求存在差异功能╱要求欧洲德国英国芬兰丹麦瑞典美国澳洲√√√√√√√√√√√√√OO√O√√√√O○√一次调频√√√√O一O√电压支撑√√√√√O√√阻尼√√√√√○√√○√√√○○√√√√√√√O√√孤岛运行一一一○一一O○黑启动 一○ 一○O阻抗特性○√一一一一一O√√√√○O√√√明确规定○特定场景要求或技术建议一未列出CHINASoUTHERNPOWERGRIDCHINASoUTHERNPOWERGRIDSEPRI·目前，国内也开展了构网技术相关国家标准的起草工作电力电子装备和系统的构网性能要求及试验方法》和GB/T47968-2026《构网型变流器通用技术规范》两项国家标准均已于2026年7月发布，《电化学储能构网型变流器技术规范》和《构网型风电并网技术规范》两项国家标准也已于9月28日发布GB/T47968—2026S29246.01GB/T47655—2026Generaltechnicalspecificationforgrid-formingconverterGridformingperformancerequirementsandtestsofpowerclectronicinstallationsandsystems2026-07-30发布2026-11-01实施2026-07-02发布2027-02-01实施国家EQ\*jc3\*hps27\o\al(\s\up4(监),化)EQ\*jc3\*hps27\o\al(\s\up4(管理总),理委员)发布CHINASOUTHERNCHINASOUTHERNPOWERGRIDSEPRI·国内相关标准在构网型变流器相关特性上也存在差异《电力电子装备和系统的构网性能要求及试验方法》《构网型变流器通用技术规范》电网强度适应性1)运行于短路比大于1的交流电网；2)孤岛电网；3)在联网和孤岛之间转换时不脱网长期连续运行等。构网型变流器输出有功功率为正时，在交流端口短路比1.1-10之间应正常运行；构网型变流器输出有功功率为负时，在交流端口短路比1.2-10之间应正常运行。参与构网的电力电子装备和系统应具备右图给出的高电压穿越能力，以应对并网点电压升高。补偿装置交流故障高电压穿越耐受范围构网型变流器在机端电压扰动过程中不脱网连续运行时间应满足右图的要求。电力电子装备和系统模拟同步机的惯量响应特性可采用虚拟同步控制构网型变流器惯性时间常数T应至少在2s-12s之间可设置。过载能力直流输电系统、静止同步补偿装置和储能装备具备过载能力；新能源场站通过配置有功、无功支撑装备满足场站级过载能力；供应商根据系统需求提供过载能力倍数，且向业主或用户提供右图UI曲线及持续时间并网点电压(pu)电流(pu)1)输出110%额定电流时，具备长期运行能力；2)输出125%额定电流时，持续运行不少于1min;3)输出300%额定电流时，持续运行不少于10s。SEPRI·同步电源减少后，短路故障影响的低电压范围扩大。奥地利TUGraz团队研究建立覆盖欧洲11个区域、6800余母线的模型，改变构网比例和电流上限，通过电磁暂态仿真比较故障后的电压支撑效果·提高过流能力可缩小故障影响范围，继续增加电流的改善幅度逐步减小·欧洲区域研究的建议值为2.5—3.5倍额定电流，为约3倍过流的系统配置提供依据(a)All-SG(idealized)(c)Long-termfuture(GFM=100%),Imax=1(b)Present-day(GFM≈0%)(d)Long-termfuture(GFM=100%),Imax=3GFM=30%来源：ZiqianZhang(TUGraz)SEPRI·针对美国典型电网算例，TUGraz研究采用IEEE测试系统，设置不同电源结构，逐步提高构网变流器的电流上限，通过仿真比较短路故障造成的低电压影响范围·仿真显示，过流能力由1倍提高至约3倍，可以明显缩小故障的低电压影响范围。基于多组算例，研究提出约3倍过流的配置建议，与欧洲输电网研究的总体结论相近2来源：ZiqianZhang(TUGraz),OvercurrentC跟网及同步电源，研究多厂家设备的并联运行。研究通过频率扰动试验和参数联合整定，识别并减弱设备间的不利相互作用。整定后组合系统稳定完成试验，表明多厂家设备能够通过参数协调改善调整前：频率下垂0.6%调整后：频率下垂1.2%统保持稳定—PGFMI-PGFM2-PGFM4-PGFM6—PpiescelUNIFI:UniversalInteroperabilityforGrid-FormingSEPRI·构网设备的支撑能力随控制参数和频段变化，因此需要反映动态支撑特性的系统强度指标，用于比较装备、筛选方案和初步配置容量·澳大利亚能源市场运营机构(AEMO)通过频域扫描量化动态短路比(dSCR),预测稳定极限。AEMO报告中，200MW风场三组算例的指标预测与电磁暂态仿真结果误差均小于5%上：电压响应下：逐步降低电网SCR上：电压响应下：逐步降低电网SCR1.1751.1251.0251.0004.514.03.52.52.00.5×1.084Mn1.042Drf0.074Mn1.100Df0.000×30.4f4.8seC在不同频率下重复测试换算系统支撑贡献，预测临界SCR电压出现持续振荡：临界SCR约1.1指标预测与仿真结果对比32102.452.452.352.352.25指标预测仿真结果三组算例预测误差均小于5%SEPRI调节潜力：(常规机组最大顶峰能力-最小技术出力)+2*(抽蓄+储能装机容量)逐日开停机组功率上爬坡能力：常规机组上爬坡速率+抽蓄/储能爬坡速率机组调节性能2.5■配储前短路比■配储后短路比220.5滇剑角滇猴子滇石洞滇绿差滇大白滇冲子1T滇城红滇红果H1T-0HH1:THHT-1:TH1T:T集中式变流器 SEPRI SEPRI·大型数据中心在电压暂降时切离负荷、故障后延迟恢复，会加重电网功率不平衡。2026年8月，ABB面向爱尔兰数据中心提出UCAPS方案，通过中压构网变流器、超级电容及负荷协调，减少电压暂降时负荷集中切离造成的功率冲击50MW数据中心仿真结果ACTIVEPOWERRECOVERY(APR)-REPRESENTATIVE50MWCASEMW50-MW50-PCCdemandabove45MWwithinAPRwindow46FaultAPRwindow--APRthreshold45MW2.53.03.52.044-黑线：并网点有功需求红虚线：45MW恢复门槛紫色：故障期间橙色：有功恢复评估窗口UCAPSESSUCAPSESSDIGITALCONTROLANDORCHESTRATIONPLATFORM(-5x5.75kwhUCAPSESSDATA构网变流器、超容与负荷协同爱尔兰MPID345,CC.7.4.3.2;CRU2026145:2026.09.22批准，2026.10.27生效。24一—装备发展一—·南方电网公司提出了融合超级电容的静止同步调相机技术，可实现电压、惯性、功率、振荡和谐波多问题的综合治理·初始设备投资成本较相同技术要求的传统调相机低30%,较相同技术要求的静止调相机低15%。南方电网公司目前正在研制具有自主知识产权的35kV/20MVA样机静止同步调相机样机示意变流器+超级电容集装箱式静止同步调相机示意一—装备发展构网型柔性直流SEPRI一—·到2035年，馈入广东的柔性直流换流站将增至11个，南网将率先形成柔性直流密集馈入受端电网的格局，需要增强换流站对交流电网的主动支撑送端：广域多能20602040送端：广域多能20602040风电风电水电广东电网深远海SEPRI装备发展柔性直流高压直流侧直挂储能SEPRI·依托柔直工程，在换流站直流侧配置直挂超级电容储能，构建融合储能的新一代强支撑型柔性直流，使柔性直流具备与同步机类似的电网支撑能力，并提升直流本身的能量吞吐能力、抗扰动能力·目前正在开展400kV/250MW高压直挂储能装备样机的研制，直挂储能电压等级最高(35KV到400kV)、支撑功率最大(150MW到250MW)换流站400kV400kV储能模块串联储能模块串联回线出线回线出线Q312回单个储能功率模块OkV单个储能功率模块OkV一、技术背景三、构网工程应用SEPRI400MW光伏、1300MWh储能系统，使红海新城成为全球首个100%光伏供电的城市·验证了构网型储能具有支撑100%新能源孤岛电力系统稳定运行的能力故障穿越仿真故障穿越仿真MWO'ZE0.25MW37.OMWMWTSMWSzeJVAWOZ37.5MWMWTS7.65MMPPaMWO'ZE0.25MW37.OMWMWTSMWSzeJVAWOZ37.5MWMWTS7.65MMPPa00.08260.80300.Jco200.60150.60系统在1秒暂态过程后稳定成功故障穿越，负荷连续运行电网扰动全网一键黑启动微网控制器/EMS子阵1一健黑启动，微网整网恢复智能箱变5.11MW20MVAr突投Installedgeneration:PV=324突投BESS=225MWSTS19BESS=225MW15.18km15.18km124.43MW2MWauxloaddistributedSTS29MW5.67MMIVAWOZMWTO'5.67MMIVAWOZMWTO'ZTMWTO'ZT5.67MWSEPRISEPRI外提供合成惯量和短路容量支撑·全球首个通过输电网侧电池储能，商业化提供惯量与短路水平支撑的项目，实现构网稳定服务按合同有偿提供，并与常规储能业务并行开展额济纳源网荷储系统SEPRI·以25MW/25MWh构网型储能为核心的源网荷储一体化工程·首次实现新能源电力系统并离网无缝切换，验证了构网型储能支撑电网安全稳定运行的能力项目于2023年成功投运，构网型储能作为黑启动电源实现了三个电压等级电网的黑启动，极高比例新能源下离网(孤岛)稳定运行49小时，在10kV三相以及110kV单相短路试验中，构网储能系统实现不脱网并提供电压支撑瑚2100%新能源黑启动1030分1030分630分新能源系统离网运行时闻(s)云南文山宝池构网储能SEPRI·我国首座锂钠混合构网型储能电站，该电站应用了全球首套构网型钠离子储能系统·2025年6月，完成国内规模最大、电压等级最高构网型储能带纯新能源广域黑启动试验，实现20秒快速恢复供电丘北地区网架薄弱丘北地区网架薄弱监H监H220kV锦屏变短路比 379M凤凰谷补竞河二级格二站2*8M路洲线T点普者黑牵引变南粤柔性直流构网改造SEPRI·500kV沙角电厂预计于2025年退役，东方站单母检修期间，若另一条母线故障，南粤将带东方片区孤网运行，短路比预计在1.3-1.67,柔直存在较大失稳风险·开展南粤柔性直流构网改造工作，解决南粤直流带深圳东方片区孤网运行系统的稳定性问题琵琶2琵琶2南粤换流站鹏城云南新松孤网内含沙角、前湾、电源、高密度负荷东方单母检修，单母故障南东2沙角C厂南粤直流带东方孤网运行：东方站单母检修期间，若另一条母线故障，南粤将带东方片区孤网运行提高了孤网下交流电压支撑能力，交流电压恢复快一、技术背景三、构网工程应用根据系统需求明确构网技术发展路线SEPRI·大规模新能源接入下电网条件不断变化，不同时期不同类型电网对