构网型新能源并网特性及实测

构网型新能源并网特性及实测分析

1. 构网型控制的三个视角

• 三种视角：原理构网、功能构网、故障构网。
• 原理构网：通过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，模拟同步机运行机制。
• 功能构网：在原理构网基础上，增加电压支撑、频率支撑、孤网运行、黑启动等功能。
• 故障构网：在故障情况下仍能以电压源方式运行，需要虚拟阻抗/导纳限流和直流电压控制。

2. 构网型变流器并网特性分析

• 典型控制结构：下垂控制、虚拟同步控制（VSG）、匹配控制、虚拟振荡器控制。
• 虚拟同步控制：工程上最常用的控制方式。

3. 功能构网的要求与硬件

• 功能要求：自同步电压源运行、小信号稳定、频率支撑、电压支撑、低频振荡阻尼、惯量响应、过载能力、故障电压穿越、暂态过电压抑制、孤网运行、黑启动。
• 硬件要求：频率支撑需要机侧电源具备能量储备；电压支撑需要网侧变流器具备过流能力；孤网运行与黑启动需要直流配储能。

4. 典型设备的功能构网能力

• 典型设备：电池储能、风储一体机、直驱风机、双馈风机、光伏、SVG+超容。
• 能力差异：直驱风机变流器扩容成本低于双馈风机；含储能设备可满足全部需求。

5. 已应用的典型设备

• 应用设备：构网型储能、构网型风储一体机、构网型SVG。
• 现场应用：金风某型号构网型风储一体机、南瑞某型号构网型SVG。

6. 故障构网的控制与硬件要求

• 控制要求：虚拟阻抗/导纳限流、直流电压控制、不对称故障与负序控制。
• 硬件要求：网侧变流器过流能力要求。

7. 确定过流能力

• 系统短路电流水平：220kV及以上母线短路电流一般不超过3.125p.u.，35kV线路长度超过1公里则短路电流小于3p.u.。
• 构网型机组连接电抗：建议x≥0.1p.u.，采用受电流调节的可变虚拟阻抗确保极端情况下器件不过流。

8. 三视角总结对比

• 原理构网：最容易实现，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额外要求。
• 故障构网：需要虚拟阻抗/导纳限流等方式，硬件要求更高。

9. 频率支撑

• 传统同步机系统：有功阶段响应特性分为初始分配、惯量分配、调差分配三个阶段。
• 变流器+同步机双机系统：构网型变流器在扰动后可提供有功支撑，减缓系统频率下降，优于纯同步机系统和跟网型变流器。
• 不同电源的三阶段响应特性对比：构网型变流器的一次调频可参与同步机功率分配的阶段。

10. 电压支撑

• 单机电压响应特性：构网型变流器通过无功-电压下垂特性自行构建虚拟电压幅值，具备电压支撑能力。
• 含多变流器系统的电压响应特性：构网型场站电压支撑效果优于跟网型，电气距离越近，电压降越严重，机组提供的无功支撑越多。

11. 振荡抑制

• 构网型对次/超同步振荡的抑制作用：构网型电源占比达到20%时，系统次/超同步振荡阻尼大幅提高，可有效避免振荡现象发生。
• 强电网下双内环控制：引入虚拟阻抗可解决强电网下双内环控制易出现的失稳问题。

12. 跟网型和构网型的关系

• 初步认识：构网型是补充，不是替代；跟网型机组并网特性仍需要不断完善；构网型并网特性也存在很多问题。
• 未来形态：30%左右的构网配置可能是未来的形态，跟网与构网的关系更像是动车组。