[国网翼北电力电科院]：构网型新能源并网特性及实测 -尊龙凯时人生就博
ai智能总结国家电网公司 stategrid 构网型新能源并网特性及实测 国网囊北电力有限公司电力科学研究院 刘辉 2024年6月15日 国家电网公司 者同意禁止转载stategrid contents目录 电源学会电源云 构网型控制的三个视角 构网型变流器并网特性分析 11三种视角 三种视角的关系原理构网 变流器控制为自同步电压源 并网外特性全工况构网 ez0 控制器同步环电压源特性 功能构网故障构网 具备电压、频率支撑能力大扰动下维持电压源运行 电压源 和振荡抑制和黑启动等能力始终维持 国家电网公司 stategrid 支撑 02u11 折容 支接 故喷低电压故障过电压 原理构网 跟网构网本质区别 国家电网公司 stategrid 构网型的基本原理是控制网侧变流器输出电压的幅值相位使其作为自同步电压源并网模拟后 步机运行机制。电压源具备对电网内的有功、电压变化的自主响应机制，具备优异的动态性能但这也导致了在不同时间尺度上，其对直流电压维持能力和机侧能量提出了更高的要求。 跟网型1）外特性：受控电流源；下垂vsg控制ap 2同步方式：锁相环同步模拟同步机p下垂特 性并构建了虚拟惯量 控制器锁梅环 构网型 1外特性：受控电压源 2同步方式：自同步 根据功率变化量调整电压源相位，实现自同步 匹配控制 建立变流器直流电容电 压与同步机转子转速的 526功率同步、惯性同步等）匹配关系，实现自同步 控制器 同步环电压源特菲卖下重垂vsc控制匹配控制 和直流电压控制。 12原理构网 典型控制结构 国家电网公司 stategrid 常用的构网型控制结构有下垂控制、虚拟同步控制（vsg）匹配控制、虚拟振荡器控制四种虚拟同步控制是目前工程上最为常用的控制方式。虚拟振荡器控制少见工程应用 ude l 门极信号个 pwm abcldg 功率 前极信号计算 pwm dqabe电流构网外环计算电压 eabe电压功率 内环vsg下车生成 典型下垂vsc控制的构网型变流器结构典型匹配控制的构网型变流器结构 13功能构网 现行构网型标准规范中的功能要求 国外多项标准规范中对构网型提出的功能要求，目前总体分为如下四个大类 功能大类鼎具体功能要求参考国外标准标准推荐的测试工况或评价指标 国家电网公司 stategrid 自同步电压源运行美国nrec澳洲aemo端时有功无功功响应 稳态运行与电网强度适应性德国vde澳洲aemo要求在非常低的短路比下（如33）稳定运行包括稳态工况和系统扰动工况 小信号稳定宽频带阻抗特性美国nrec欧洲entsoe更求往热范南堡现非试阻购性五序阻抗相位角之间！ 低频振荡阻尼能力英国gc0137、欧洲entsol工况：并网点注入211正弦波，要求，摄供有功功率实现阻尼响应时间5ms以内 惯量响应英国gc013z澳洲aemo 有功频率支撑一次调频德国vde美国uniei工况电网相位和频率同时变化，如相位700同时频率以2hzs升室51h 相角跳变适应性德国vde澳洲aemo工况是电网相位跳变生00能够稳定运行 过载能力美国unifl澳洲aemo要求：具备一定过能力例如倍2 无功电压支撑故障电压穿越美国unift欧洲entsof要求若机组果保护跳机则故障期间应保持构网状态且抑制故障不平衡电压 （故障构网） 暂态过电压抑制英国gco137美国unifi 更求电压技限生活内提无办电就故障前居保持网状态 孤网运行与孤网带负荷运行德国vde美国nrec工况：系统内同步机脱网后稳定运行，带02p负荷 黑启动黑启动美国unh澳洲aemg要求，能够在淘网情究下为场所家精系究遇电需助系统以停电条件卡快器 13功能构网 功能构网的硬件要求 不同的功能对机侧电源、网侧变流器存在硬件要求 稳态运行与小信号稳定通过控制实现，对硬件无特殊要求频率支撑功能要求机侧电源具备能量储备 国家电网公司 stategrid 电压支撑功能要求网侧变流器最好具备一定的过流能力：孤网运行与黑启动一般需要直流配储能 构网型电源的功能与对应的硬件要求 需求对机侧电源要求对网侧变流器要求 稳态运行与小信号稳定无一般通过空制手段即可实现无，一般通过控制手段即可实现 有功频率支撑 惯量支撑需要转子动能或直流配储能 无 次调频支撑需要留备用或直流配储能 无功电压支撑 股无要求。有研究认为应护大直流电容，若需实现故障期间构网提供大于10p易于直流电压控制的无功电流，应扩容网侧变流器 孤网运行与黑启动一般需要直流配储能无 13功能构网 典型设备的功能构网能力 国家电网公司 stategrid 不同类型设备对构网功能需求的满足能力有所差异。对所有设备，电压支撑功能一般需要对网侧变流器适当扩容，其中直驱风机的变流器扩容成本低于双馈 含储能设备可满足全部需求：风机配超容的svg可提供惯性支撑光伏本身难以提供频率支撑 典型设备对构网功能需求的满足能力（新能源机组不留备用） 需求电池储能风储一体机直驱风机双馈风机光伏svg超容 稳态运行与小信号稳定vvvvv 无功电压支撑 有功频率支撑 vvv （网侧扩容）（网侧扩容）（网侧扩容）（机网侧扩容）（网侧扩容）（网侧扩容） vv （惯量一次调频）（惯量一次调频）（惯量）（惯量）（惯量） 孤网运行与黑启动vxxx 13功能构网 已应用的典型设备 自前有构网型储能、构网型风储一一体机、构网型svg的工程应用 ac 永磁同 风力机步电机电网 储能 dcdc换流器 构网型风储一体机典型结构构网型svg典型结构 构网型风储一体机设备现场（金风某型号）构网型svg设备现场（南瑞某型号） 国家电网公司 stategrid 14故障构网 故障构网的控制与硬件要求 故障构网的含义是当系统发生短路故障等大扰动时设备依然能以电压源方式运行 国家电网公司 stategrid 控制方面，般需要虚拟阻抗等限流方式，故障期间的能量平衡与直流电压控制、不对称故障下 的负序控制是目前驱待突破的难题 硬件方面，对网侧变流器过流能力有所要求，且与外部电网强强有关 始终维持电压源 拟阻 支撑 抗控制扩容 02u09 支撑 故摩低电压故障过电压虚拟导纳控制电流内环控制 一种实现构网型变流器故障期间构网的方式：一种常见的虚拟导纳控制方式 虚拟阻抗导纳变流器扩容 本报告来源于三个皮匠报告站（wwwsgpjbgcom）由用户id660749下载文档id623101下载日期20250408 14故障构网 确定过流能力考察系统短路电流水平 以国内某特高压送端电网结构与典型参数为例，讨论新能源送出系统的短路电流水平 国家电网公司 stategrid 某特高压送端电网线路与变压器典型电气参数 2022年底 2021年8月线路单位电阻单位电感单位电容 日2023年 km1okm ukm1 pu 35kv线路 8010 042 00087 220kv线路 0057 031 0012 500kv线路 0012 027 0013 44444 张家口 a 变压器漏阻（pu）漏感 35kv变压器 0008 008 220kv变压器 0002 014 500kv变压器 0002 008 某特高压送端系统网架结构地理接线图 14故障构网 向外看：系统阻抗 国家电网公司 stategrid 在不同位置施加三短路接地故障计算简化系统的短路电流。在220kv及以上母线发生的短路 短路电流一一般不会超过3125p进步若35kv线路长度超过1公里则短路电流将小于3倍 p07pu 0014p jrayse 220kve1 220kv线路 500v变牌 故障位置：500kv变压器出口处 线路长度：假设35kv线路和220kv线路长度均为0 短路阻抗：0100801400804pm 短路电流：10425p0 008p19007poa1pudo8pu 连电话35kvr220kvsourverz suva 故障位置：220kv变压器出日处回线 型线路长度：假设35kv线路和220kv线路长度均为0 电短路阳抗：01008014032 短路电流：71032312501 联07p m 220kv变器220k找器500n故障位置其他场站的220kv送出线上 线路长度：假设35kv线路和220kv线路长度均为0 220kv路 电短路阻抗：011008014032pu yy短路电流：10323125p0 三种系统结构及短路位置示意图12 14故障构网 向内看：构网型机组连接电抗 国家电网公司 stategrid 构网型机组的连接电抗x是内电势与机端母线间的等效阻抗，受电压开闭环控制方式、下垂控制参数虚拟阻抗，滤波电抗影响具体可见下图。为满足故障构网能力，般建议x0lpu。 已有机组采用受电流调节的可变虚拟阻抗确保极端情况下（如机端短路）器件不过流。 电压开环控制10th0机端母线 equ下毛e （含不含积分）xxx 内电势 xart 下垂控制等效电抗 不握常致，恒大于0 虚拟电抗 滤波电抗机端到系统等值电抗 xtatdopxhy连接电抗 电压闭环控制1010机端母线 ou下垂u 1）电压单闭环 2电压电流双闭环 3）虚拟导纳控制（含本含积分）kurxg 内电势 下垂控制等效电抗 虚拟电抗无滤波电抗 机端到系统等值电抗 认为恒定】不是常数，恒大于0被电压闭环控制抵消 xogxaropxa连接电抗 电压开环闭环控制下构网型变流器的等效连接阻抗 15三视角总结对比 总结对比 原理构网在稳态运行时最容易实现，对硬件无额外要求，通过控制改造即可实现功能构网对网侧变流器容量，机侧能量惯量来源等硬件方面提出配额外的要求 国家电网公司 stategrid 故障构网的要求则更进一步需采用虚拟阻抗导纳电流限幅等方式在短路故障期间维持变流 器的电压源外特性。 层级类别实现环节可选附加控制硬件要求部分难点问题 下垂nsc型po同步环 原理构网匹配控制型udco同步环机侧惯量传递直流电压振荡抑制 电压支撑电压开环闭环qu下垂（含不含积分）网侧变流器扩容与场站avc协调控制 功能构网频率支撑同步环暂态下垂等能量惯量来源与机侧电源多时间尺度配合 振荡抑制电压源自身具备附加抑制环节强电网下低频振荡抑制 能量平衡与直流电压控制 故障构网短路故障虚拟阻抗导纳电流限幅网侧变流器扩容不对称故障与负序控制 多约束下过流能力边界设计 国家电网公司 者同意禁止转载stategrid contents目录 电源学会中 构网型控制的三个视角 构网型变流器并网特性分析 21频率支撑 传统同步机系统的有功阶段响应特性 国家电网公司 stategrid 传统同步发电机组成的系统中，有功功率扰动后，功率在各机组间的分配可按时间段划分为初始分配、惯量分配、调差分配个阶段。对应的主要影响因素分别是发电机与扰动点间的电气距离发电机的惯性时间常数发电机的调差系数。 阶段时间段功率的分配原则（以增友为例）动态过程谁来响应 切机投负荷等扰动后，网络中电路的 阶段暂态响应迅速结束，改变发电机与故 （初始分配） 010msknuebcoso障点间的电压、电气距离、相角差。按发电机与扰动点间的周步转矩系数k银分配增系统向同步机强制抽取初始电磁加的有功。与导纳成正比与电气距离成反比功率。 发生干发电机调速器动作导致原动机 电压源自然响应 阶段机械功率较大幅度变化之前（包括阶 （惯量分配） 10ms2s 按发电机惯性时间常数来分配增加的有功与 惯性时间常教成正比 三的锁率变化过程此阶段发转子惯量 电机释放转子动能来提供初始分配的 电磁功率，转子减速，频率下降。 阶段三 （调差分配） 2520s 按发电机调速器的调差系数分配到各发电机与发电机通过调速器响应改变原动机输原动机调门调节利 调差系数成反比，出功率，频率止跌后回升用锅炉蓄热 21频率支撑 变流器同步机双机系统频率响应特性 将3种构网型变流器2种跟网型变流器分别与同电源的同步机 下控制 国家电网公司 stategrid 3种构网型2种跟网型 vsg匹配支撑型epo 步机组成双机系统并以双同步机系统作为参照控制方式控制控制眼