2024年新型电力系统下的构网技术应用报告-四方继保(刘树).docx

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新型电力系统下的构网技术应用

北京四方继保自动化股份有限公司刘树2024年10月

密级:□核心商密□普通商密□对内公开■对外公开

01新型电力系统面临的挑战

01新型电力系统面临的挑战

CONTENTS

02构网型技术

03保护适应性研究

04振荡抑制技术研究

北京四方继保自动化股份有限公司

BEIJINGSIFANGAUTOMATIONCO.,LTD.

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1.1新型电力系统的变化及特征

□据国家能源局数据统计,2023年我国太阳能发电装机容量约6.1亿干瓦,风电装机容量约4.4亿千瓦,新能源装机容量约占我国电源总容量的36%

□据国家能源局数据统计,2023年我国太阳能发电装机容量约6.1亿干瓦,风电装机容量约4.4亿千瓦,新能源装机容量约占我国电源总容量的36%。

□预计2024年底煤电占总装机比重降至37%,2030年我国新能源发电装机规模超过煤电,成为第一大电源;2060年前新能源发电量占比有望超过50%,成为电量主体。

4.4亿千瓦

6.1亿千瓦

发电机主导电力系统

换流器主导电力系统

火电水电

高惯量

传统发电机组

储能系统低惯量

核电新能源

光伏发电风力发电

1.2新型电力系统面临挑战

高比例新能源:风电、光伏等可再生能源出力的波动性、随机性、季节不均衡性,为新型电力系统带来供需平衡问题。

应对方案:储能能够起到平滑新能源波动、提高消纳的作用,是建设高比例新能源供给消纳体系、提高电网柔性的关键技术。源网荷储一体化技术通过整合源、网、荷、储四个环节,实现资源高效管理和利用,可提高电力系统的灵活性和可靠性,优化能源供应和需求的平衡。

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1.2新型电力系统面临挑战

高比例电力电子:高比例新能源变流器、新型储能、柔性直流输电等电力电子技术广泛推广应用,电力系统惯量降低、频率/电压支撑调节能力变差,系统稳定性问题凸显;传统继电保护动作性能受到影响,宽频振荡问题频繁出现,安全运行面临挑战。

挑战二:短路比降低,电压稳定性下降

挑战二:短路比降低,电压稳定性下降

同步发电机的减少导致机系统惯量降低,事

故后频率变化的特性机理也将发生根本性改

变,系统频率稳定性下降。

新能源并网变流器多以电流源方式运行,

机组过载能力较低且缺乏无功支撑性资源,系统电压支撑能力不足。

应对方案

01

01

增加电机类调节设备提供支撑应用构网型电力电子装置提供支撑

增加电机类调节设备提供支撑

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1.2新型电力系统面临挑战

高比例电力电子:高比例新能源变流器、新型储能、柔性直流输电等电力电子技术广泛推广应用,电力系统惯量降低、频率/电压支撑调节能力变差,系统稳定性问题凸显;传统继电保护动作性能受到影响,宽频振荡问题频繁出现,安全运行面临挑战。

挑战一:惯量降低,频率稳定性下降

同步发电机的减少导致机系统惯量降低,事故后频率变化的特性机理也将发生根本性改变,系统频率稳定性下降。

挑战三:故障隔离风险高

新型电力系统呈现出弱故障特性,制约了系统故障隔离、恢复能力。

挑战二:短路比降低,电压稳定性下降

新能源并网变流器多以电流源方式运行,

机组过载能力较低且缺乏无功支撑性资源,系统电压支撑能力不足。

挑战四:宽频振荡问题凸显

电力电子设备阻抗特性复杂,大量接入后与交流系统相互耦合影响,导致宽频振荡事件频发。

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目录/

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CONTENTS

01

01新型电力系统面临的挑战

02

02构网型技术

03

03保护适应性研究

04

04振荡抑制技术研究

北京四方继保自动化股份有限公司

BEIJINGSIFANGAUTOMATIONCO.,LTD.

2.1构网型技术

构网的定义:四个维度

1)基于控制方式定义

1)基于控制方式定义

采用下垂、虚拟同步机等控制方式的变流器

2)基于时域响应定义

2)基于时域响应定义

根据外部系统事件的时域响应,如有功和无功响应时间,体现构网型控制预期特性的变流器

3)基于频域响应定义

3)基于频域响应定义

小信号阻抗扫描具有特定宽频阻抗特性

4)基于功能测试定义

以电压源特性运行,能构建并维持输出电压和频率,主动向电网提供支撑,兼具黑启动、自同步、故障穿越等能力的变流器

【我国团标和美国规范推荐定义】

8从广义上看,电力电子技术装备能呈现出频率、电压主动调节特性,均具备“构网”潜力!

8

同步

同步单元无功外环

技术理论发展

1986

负载频率控制(Load-Frequ

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