构网型变流器技术发展与应用 2024

构网型变流器技术发展与应用2024年10月二、构网型变流器技术三、典型设备与工程应用国家电网公司国家电网公司我国新能源发展迅猛，2023年新增装机2.8亿千瓦，2023年底全国新能源装机10.5亿千瓦(风4.4、光202020202.82.58642030~2060年我国电源装机总量及结构3新能源占比增大使电力系统电源特性发生根本性变化新能源占比大幅提高，极大增加电源侧的不可控性，电源侧的随机性、波动性增大，预测困难。新能源发电尖峰功率大，爬坡速率快等特性对电源侧快速响应和调节能力提出更高要求。风速、辐照度等气象因素直接影响风电和光伏发电量，同时极端天气对新能源供电能力影响极大。华北风电东北风电华北风电东北风电西北风电华北光伏东北光伏西北光伏风电出力(万千瓦)风电出力(万千瓦)55实际实际一实际出力3时间4国家电网公司CORPORATIONOFCHINA用电量(万亿千瓦时)用电量(万亿千瓦时)202025203020503十电制燃料月电量占比电动汽车电量占比0200040006000800010000120001400016000负荷(MW)AMAMAMPMPMPMAM时问55国家电网公司国家电网公司定性问题突出。沙戈荒新能源大基地系统空心化问题突出沙戈荒新能源大基地系统空心化问题突出hh交压器电网66CORPORATiONOFCHINA电力电子设备大量接入使系统特性发生重大变化电力电子设备大量接入使得系统特性发生重大变化电力电子设备大量替代常规发电机组，使得电源电压支撑能力变弱，系统转动惯量降低，频率调节能力下降。电网与电力电子设备复杂电磁耦合导致宽频振荡问题突出，电力电子设备非线性使得高频谐波日益显著。电力电子设备输出特性由控制系统主导，系统动态行为和稳态特性更加复杂多变，不确定性增加。(火)(火)封亦卡诗断封亦卡诗断2013201420152011年度年度--最低博量在HD电振网时功*率(%)诀之液兰画画以新能源最大消纳为目标模拟测算，预计2030年全国同步机组出力占总负荷之比大于50%、80%累计时段将达全年时长的100%和约61%;2060年占总负荷之比大于40%、50%累计时段仍达全年84%和53%。同步■气电500050002060年风光发电占比达2060年风光发电占比达CORPORATIONOFCHINA-同步发电机——构网型逆变器期率/H期率/H虚拟同步发电机控制9CORPORATIONOFCHINA传统电力同步机为主单一大电网仅为电力消费者源随荷动机械电磁系统要新型电力风电、光伏发电为主，集中式与分布式并存广泛互联、交直流混联、主微网并存用户既是电力消费者，又是电力生产者侧、网侧与荷侧均可灵活调节同步机和电力电子设备共同主导、同步机为基础混合系统要C目CORPORATIONOFCHINA跟网型变流器构网型变流器■通过锁相环跟踪和同步系统电压，控制输出通过模拟同步发电机功率同步环节，通过输出■基于功率同步的电压源。■不依赖电网状态，能够提供惯量和阻尼。δδVpXVgZFollowingIIgd国家电网公司构网型控制通过虚拟同步发电机控制(VSG)、下垂控制拟合同步发电机的转子运动方程、频率(调速器)模拟同步发电机的转子运动方程(考虑阻尼作用):P-I.增大+-(0_-0,)增大+-0减小T从转子抽取温TP-I,减小←-(0.-的)减小-0增大的品素学韩子PD,0-3构网型变流器同步发电机系统发生电压扰动时，构网型变流器可以通过控制维持内电势稳定，提供无功电流支撑系统电压，电流大构网型变流器三个必要条件：一是硬件的短时过载能力、二是直流侧的持续能量供给、三是控制软件的主承受短时高倍过载电流的部件是电力电子器件，过载能力相对弱；实际内阻抗很小、暂态过程中对外呈现额定电流几倍的短路电流以恢复机端电压(提供电网强在故障暂态过程中呈现的内阻抗主要为暂态电抗，标国家电网公司国家电网公司器的支撑能力(能量)来源于直流侧的能量。能量能量十十66VV二构网型变流器主要工作原理与拓扑结构上析臂电压上析臂电压交流输出交流输出电压下桥背电压vX基于全控器件的构网型变流器基于半控器件的跟网型变流器基于全控器件的构网型变流器基于半控器件的跟网型变流器换流阀隔离变换桥能量共事池十能量共事池构网型变流器构网型变流器L“UCMMC拓扑块本三电平拓扑18国家电网公司构网型变流器主要工作原理与拓扑结构CORPORATIONOFCHINA,QDe全桥子模块LALcLA接口电路接口电路国家电网公司国家电网公司低压多机并联装置电压V₁∠θ₁环流低压多机并联装置电压V₁∠θ₁环流X不一致国家电网公司国家电网公司BC决决口0oLs核言座aDD-o不足：受直流电压限制应用高参数电力电子器核言座aDD-o国家电网公司国家电网公司C0MINMIT二、构网型变流器技术T储能储能本一端或多端采用构网换流器(构网端),直流侧可并联直流直挂储能。国家电网公司构网型柔直-张北柔直电网正极正极层康巴诺尔站正极fZZ中都站正极0中都站正极0负极层负极层Eref中都站负极延庆站负极中都站负极张北柔直工程张北柔直工程其由交流电网的“负担”升级为“支柱”,能够向电网提供惯量。2022年4月和2023年4月，在渝鄂背靠背施州柔XR-t0XR-t0EEoEEoDC-35kV35kV母线启动回路启动回路b3NTDC-T西藏网源结构极为薄弱、稳定问题十分突出，为解决西藏电力保供难题，在拉萨110kV当雄站、日喀则220kV萨嘎站、阿里110kV加木站各加装1套额定容量50Mvar、10s过载容量150Mvar、瞬时有功功率超项目项目额定输出交流电流(A)1.1倍额定电流可长期运行1.8倍电流可连续运行2h4500V/3000A压接式IGBT半桥/4500V/3000A压接式IGBT能量能量略增加构网型SVG电压源核心控制策略构网控制+动态限流策略暂态响应延迟无功反调特性较大反调基本无反调暂态过流能力应用场景要求可用于SCR≈1的极弱系统中国家电网公司国家电网公司CCo5o5北本CIM本本M本国家电网公司国家电网公司拉果错构网型低压储能项目位于西藏阿里地区，海拔4600m,暂态总支撑容量达290MW,是目前全球最大的组件汇流箱组件逆变器电池直流变换器电池同步机/光储同步机同步机/光储同步机变压器类