【黑科技】 小编带你见识“高大上”的电网新技术
上课啦~！上课啦~！搬好小板凳、放好小桌板，让我们一起学习电网前沿“新科技”。...
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上课啦~！上课啦~！
搬好小板凳 放好小桌板
让我们一起学习电网前沿“黑科技”
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【清洁能源虚拟同步机技术】
❖NO.1 背景 ❖
随着大规模的风能、太阳能、电动汽车等接入电网，以及能源使用效率的提高，电力系统正从以传统旋转电机为主转向以新型电力电子设备为主的复杂巨系统。如何保证这些新增的设备与电力系统的兼容性是目前急需解决的关键问题。
虚拟同步机技术，使得并网逆变器能够模拟同步发电机的运行机理、有功调频以及无功调压等特性，使并网逆变器从内部运行机制和外部运行特性上可与传统同步发电机一样，能够促进风电、光伏发电上网的稳定性、安全性，防止脱网。
它改变了原来仅由发电端调节的单向模式，实现了负荷端和发电端的双向调节模式。例如，普遍使用的空调在引入虚拟同步机技术后，就可以根据电网的电量来自动调节空调的功率。当电量不够时，空调能够自动减少用电量，帮助电网实现自动平衡。
❖ NO.2 内容 ❖
风电和光伏通过虚拟同步机接入电网之后，一是能够主动参与系统的一次调频、调压，提供一定的有功无功支撑；二是能够提供一定的惯性阻尼，有效地抑制频率振荡，可使新能源发电与常规的火电接近的外特性，对电力系统的三大稳定起到一定的支撑作用。
场景：分为清洁能源虚拟同步机（发电侧的虚拟同步机）与负荷侧的虚拟同步机。
（1）清洁能源虚拟同步机包括风机虚拟同步机、光伏虚拟同步机和集中式的虚拟同步机；
（2）负荷侧的虚拟同步机包括采用虚拟同步技术的各类用电设备如含整流器的电动汽车充电桩、变频器电力产品等。
基本原理：（两个一样，以清洁能源虚拟同步机为例）清洁能源虚拟同步机主要用于风电光伏等清洁能源并网，由虚拟同步逆变器和惯性储能单元组成，根据系统电压频率的变化，模拟同步发电机一次调频和一次控制机理，实现自动有功的调频，无功调压和阻尼系统的振荡。
常规逆变器一旦系统发生频率的变化之后，逆变器的输出频率跟随系统频率变化；而虚拟同步逆变器在系统频率发生变化之后，由于它有一定的惯性，它可以通过调整相角delta以增加或者减少有功的输出。
储能单元：惯性储能单元通过有功功率的存储和释放抑制电力系统的频率变化，主要分为电子储能和风机的叶轮惯性储能，电子储能主要用于光伏和集中式的虚拟同步机，其容量是根据虚拟同步机参与电网调频调压的时间和幅值来进行确定的，风机的叶轮惯性储能主要用于风机的虚拟同步机，在风机最大出力范围内，虚拟同步机可根据系统调节的要求，设置输出功率的幅值和时间。
❖ NO.3 关键技术 ❖
（1）自主有功调频技术，当系统频率波动时，控制系统根据测量值基于同步发电机转子运动方程计算出目标输出电压相角，调节虚拟同步机的有功输出，实现对电网的一次调频。
（2）自主无功调节技术，根据电网电压幅值的偏差，由无功调节器与电压调节器计算出目标电压输出的幅值，调节无功输出，实现对系统的调压和无功支撑。
（3）虚拟惯性阻尼控制技术，在系统频率升高下降时，虚拟同步机能够控制惯性储能单元存储释放能量的速度，类似于同步发电机转子存储释放动能抑制系统频率的突变、阻尼功率的振荡。
（4）系统建模与仿真技术，通过对同步机的转子运动方程式和电气方程式的等效建模，从而虚拟出同步机的感应电动势、功角特性和阻抗特性，进一步开展接入电网的电磁与机电暂态方程，通过此仿真和计算以后，得出相应的转子方程式和电动方程式，来运用于虚拟同步机的控制系统，从而使风电和光伏具有同步发电机的外特性。
★风机实现方式是基于同步逆变器和风机叶轮的转动惯量来实现的，与常规风机相比，仅对控制软件进行了升级。
★光伏虚拟同步机的实现方式是由虚拟同步机加电磁储能单元构成，电磁储能单元主要提供它的调频调压的能量来源。
★集中式虚拟同步机的实现方式，由虚拟同步逆变器加电磁储能单元构成，安装在新能源电站的并网点电磁储能单元的容量可以根据参与系统一次二次调频的需求来确定。
★负荷虚拟同步机通过升级各种电气设备的整流装置使其能够根据电网频率和电压的变化实时控制负荷的功率，如电动汽车充电桩、电动设备的整流器，可根据电网频率和电压的变化实时调节负荷的功率满足电网调频和调压的需求。
★在电网频率、电压波动的时候，采用虚拟同步机电源和负荷均可自主调节输出的有功和无功功率，主动参与电网的频率和电压的调节，改变了原来以发电端调节为主的模式，能够实现电源端和负荷端的灵活互动。
编辑：施禹豪
鸣谢：囯网陕西省电力公司电力科学研究院
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