環北京地區新能源電力系統虛擬同步機關鍵技術

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環北京地區新能源電力系統虛擬同步機關鍵技術環北京地區新能源電力系統虛擬同步機關鍵技術、裝備與應用。本項目涉及新能源、電力系統及其自動化和電力電子等技術領域。 高比例新能源和電力電子化是電力系統的發展趨勢，京津冀新能源裝機容量已突破3900萬千瓦，占統調裝機容量的37%，預計到2035年，新能源裝機容量占比超過60%，將取代常規同步機成為第一大電源。

目錄

項目簡介

北京地區正逐步形成被新能源機組和柔性直流輸電包圍的大受端電網，伴隨常規同步機占比下降，系統的慣量和短路容量持續下降，頻率和電壓調節能力減弱，提升環京地區新能源對電網支撐能力，提升清潔電力安全穩定運行水平，保障北京供電安全，是新能源電力系統的重大基礎性課題。 傳統新能源併網技術已經相對完善，但僅解決了併網點的問題，無法從根本上將電力電子化系統與常規同步機電網進行有效融合、消除因缺乏互動機制導致的電網運行風險，項目組提出的虛擬同步機與電網交互技術可實現新能源等電力電子併網設備「類同步機化」運行，是對傳統新能源併網技術的重大改變，可從根本上提高新能源與電網的適應性。項目歷時8年，開展「產學研用」聯合攻關，突破了虛擬同步機基礎理論、關鍵技術、裝備研發和集群運行等難題

主要創新如下

（1）建立了虛擬同步機與電網的適應性基礎理論。提出了電壓源型自同步併網運行機制，提出了虛擬同步機的能量函數模型，揭示了支撐電網頻率的動力學作用機理，表徵虛擬同步機與電網的同步穩定性，為虛擬同步機裝備研製和工程應用奠定了理論基礎。

（2）突破了虛擬同步機主動支撐關鍵技術。提出了慣量支撐與一次調頻協同控制策略、適應電網複雜工況的電壓支撐控制策略、考慮併網穩定運行約束的阻尼優化控制策略，量化虛擬同步機與電網慣量的構效機制，實現了電力電子裝備從「被動調節」到「自主運行」的轉變。

（3）自主研製了虛擬同步機系列成套裝備。成功研製含風電、光伏、儲能及負荷側虛擬同步機在內的26款裝備，填補了MW級新能源虛擬同步機和負荷側虛擬同步機國際空白，一次調頻響應時間可達100ms，性能指標處於國際引領地位。

（4）攻克了虛擬同步機集群運行技術。發明了異構機群協調運行技術，提出了基於虛擬同步機的新能源電站自啟動技術，提出了多層級試驗檢測技術，建立了虛擬同步機性能指標體系，為支撐新能源電力系統自主運行提供了解決方案。 項目授權專利57項，發表SCI/EI論文60篇，出版專著2部，牽頭髮起虛擬同步機IEC國際標準1項，編制國家標準1項、國網企業標準3項，獲得第46屆日內瓦國際發明金獎。項目成果經中國電機工程學會鑑定認為，整體技術達到國際領先水平。

項目在國家風光儲輸示範電站建成了世界首個百兆瓦級多類型虛擬同步機工程，首次在天津和北京實現了源側和負荷側虛擬同步機應用。項目成果在京津冀光伏扶貧和領跑者工程中服務380個電站數十萬用戶，裝機容量超過230萬千瓦，新增銷售收入21.2億元。項目實現了新能源併網技術的自主創新和國際引領，對保障北京新能源電力系統安全穩定運行和國家能源安全新戰略實施具有重要意義。