虛擬同步機(jī)技術(shù)

為應(yīng)對(duì)能源問(wèn)題和環(huán)境壓力，社會(huì)對(duì)能源使用效率的要求不斷提高;同時(shí)，風(fēng)能、太陽(yáng)能等分布式能源大規(guī)模地接入電網(wǎng)，一般說(shuō)來(lái)，分布式電源主要通過(guò)并網(wǎng)逆變器接入電網(wǎng)，并網(wǎng)逆變器控制策略各異，加之分布式電源輸出功率具有波動(dòng)性、不確定性等特點(diǎn)，很難實(shí)現(xiàn)其即插即用與自主協(xié)調(diào)運(yùn)行。如何保證這些新接入的分布式能源與系統(tǒng)兼容成為當(dāng)務(wù)之急。

100多年以來(lái)，電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷變大，這主要?dú)w功于同步發(fā)電機(jī)的同步機(jī)制。如果能使并網(wǎng)逆變器具有類似同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性，那么必將大幅提升分布式發(fā)電的并網(wǎng)安全性與運(yùn)行適應(yīng)性，提高高比例新能源電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

虛擬同步機(jī)正是這樣一種技術(shù)，它使得并網(wǎng)逆變器能夠模擬同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理、有功調(diào)頻以及無(wú)功調(diào)壓等特性，使并網(wǎng)逆變器從內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制和外部運(yùn)行特性上可與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)一樣，從而能夠促進(jìn)風(fēng)電、發(fā)電上網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性，防止脫網(wǎng);可實(shí)現(xiàn)追蹤電網(wǎng)運(yùn)行，自動(dòng)分?jǐn)偣β?，阻尼電網(wǎng)電壓和頻率過(guò)快波動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)有天然友好性、全網(wǎng)唯一頻率運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)“同步”。

目前有光伏虛擬同步機(jī)、風(fēng)機(jī)虛擬同步機(jī)、儲(chǔ)能虛擬同步機(jī)以及負(fù)荷虛擬同步機(jī)等幾種應(yīng)用形式，也有文獻(xiàn)披露在能量路由器和HVDC中的應(yīng)用。虛擬同步機(jī)技術(shù)可以很好地解決分布式電源與電網(wǎng)的兼容性問(wèn)題。

虛擬慣性J的存在：功率和頻率的動(dòng)態(tài)過(guò)程中具有了慣性

阻尼系數(shù)D的存在：具有阻尼系統(tǒng)功率振蕩的能力訊在

虛擬同步機(jī)主要技術(shù)特性

①自主有功調(diào)頻控制

有功頻率控制即有功頻率下垂控制，根據(jù)機(jī)端頻率按照下垂曲線調(diào)整有功功率輸出，模擬同步機(jī)的一次調(diào)頻特性。

②自主無(wú)功調(diào)壓控制

無(wú)功調(diào)壓控制即無(wú)功電壓下垂控制，根據(jù)機(jī)端電壓按照下垂曲線調(diào)整無(wú)功功率輸出，模擬同步機(jī)的無(wú)功電壓調(diào)節(jié)能力。

③虛擬慣量控制

虛擬慣性控制即模擬同步發(fā)電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)電暫態(tài)搖擺過(guò)程的控制，利用儲(chǔ)能裝置來(lái)緩沖逆變器直流側(cè)與交流側(cè)的功率不平衡。

④慣量頻率支撐

當(dāng)高滲透率新能源系統(tǒng)發(fā)生較大功率缺額時(shí)，需要新能源虛擬同步機(jī)模擬傳統(tǒng)同步機(jī)對(duì)系統(tǒng)頻率的慣量支撐能力，緩解系統(tǒng)頻率下降速率。

⑤虛擬阻尼控制

阻尼控制是模擬同步發(fā)電機(jī)電氣阻尼特性的控制，通過(guò)控制慣量?jī)?chǔ)能單元存儲(chǔ)或釋放能量等方式實(shí)現(xiàn)阻尼振蕩，可以用來(lái)阻尼虛擬同步機(jī)與系統(tǒng)的機(jī)電振蕩，提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。

目前國(guó)家電網(wǎng)公司規(guī)劃在張北風(fēng)光儲(chǔ)輸基地開(kāi)展示范工程建設(shè)，建設(shè)世界容量最大的虛擬同步機(jī)示范工程。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)、的逆變器和控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，新建大容量集中式虛擬同步機(jī)，計(jì)劃2017年年底建成。虛擬同步機(jī)大規(guī)模應(yīng)用后可加快功頻振蕩的平息速度，減輕系統(tǒng)故障對(duì)電網(wǎng)電壓、頻率的影響，提升系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平。

張北虛擬同步機(jī)大規(guī)模應(yīng)用后對(duì)系統(tǒng)的影響

未來(lái)的電力系統(tǒng)在采用虛擬同步機(jī)技術(shù)后，發(fā)電設(shè)備和負(fù)荷能夠通過(guò)內(nèi)在的同步機(jī)制自主交互，在不需要人工調(diào)節(jié)的情況下就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

虛擬同步機(jī)技術(shù)改變了原來(lái)僅由發(fā)電端調(diào)節(jié)的單向模式，實(shí)現(xiàn)了負(fù)荷端和發(fā)電端的雙向調(diào)節(jié)模式。

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