新型电力系统构网控制及宽频振荡抑制技术

20241231

市场应用前景： 1）应用领域：本项技术主要适用于风电、光伏、储能等新能源场站，能够有效提升系统稳定性和可靠性。 2）目标客户：潜在客户包括新能源发电企业、电网公司、电力设备制造商等。 3.）目标市场规模/发展速度：随着新能源发电的快速发展，电力电子变流器在电力系统中的应用市场规模不断扩大。新能源发电装机容量占比将继续增长，预计在2030年有望达到50%。电力系统宽频振荡风险加剧，亟需在复杂电网工况下保持振荡稳定的融合控制变流器，以及主动抑制振荡电压和电流的振荡抑制装置。 4）盈利模式：盈利模式主要包括销售设备和技术服务两部分。销售设备部分，可向电网公司、发电企业和电力设备制造商销售融合控制变流器和振荡抑制装置。技术服务部分，可以提供技术咨询、定制化解决方案服务。 综上，本项技术在新能源行业具有广阔的应用前景，市场需求较大且发展迅速。通过提供融合控制变流器和振荡抑制装置，能够提升新能源并网系统的振荡稳定性，从而实现盈利并促进技术的广泛应用和推广。发展规划： 目前，随着风电、光伏等新能源的大规模接入，电力电子变流器在电力系统中的应用越来越广泛。然而，传统跟网、构网控制变流器在强电网或弱电网中面临宽频振荡风险，且难以在复杂电网工况下保持振荡稳定。现有振荡抑制装置大多为定制化设计，仅能够有效抑制特定频率的振荡，难以应对“振荡频率时变”这一挑战。 为进一步提升变流器在不同电网条件下的振荡稳定性，未来将继续推进以下工作： 1）技术改进和优化：研究适应复杂电网工况的自适应融合系数调整方法，提高融合控制策略的灵活性和适应性，同时改进适应振荡频率时变挑战的附加振荡抑制装置； 2）工程示范：在实际风电场或光伏电站中开展工程示范应用，测试装置性能和可靠性。 成果预期经济效益包括： 1）改善电力系统振荡 稳定性：成果将显著提高变流器在不同电网工况下的振荡稳定性，避免振荡电压电流恶化电能质量或引发全局性安全稳定事故，改善电力系统振荡稳定性；2）提高新能源场站经济效益：成果有助于避免新能源场站因振荡事故脱网或损坏，减少停电损失。

从事新能源变流器生产的电力设备制造商，以及新能源发电企业和电网公司，可开展合作研究和技术转化。

市场应用前景： 1）应用领域：本项技术主要适用于风电、光伏、储能等新能源场站，能够有效提升系统稳定性和可靠性。 2）目标客户：潜在客户包括新能源发电企业、电网公司、电力设备制造商等。 3.）目标市场规模/发展速度：随着新能源发电的快速发展，电力电子变流器在电力系统中的应用市场规模不断扩大。新能源发电装机容量占比将继续增长，预计在2030年有望达到50%。电力系统宽频振荡风险加剧，亟需在复杂电网工况下保持振荡稳定的融合控制变流器，以及主动抑制振荡电压和电流的振荡抑制装置。 4）盈利模式：盈利模式主要包括销售设备和技术服务两部分。销售设备部分，可向电网公司、发电企业和电力设备制造商销售融合控制变流器和振荡抑制装置。技术服务部分，可以提供技术咨询、定制化解决方案服务。 综上，本项技术在新能源行业具有广阔的应用前景，市场需求较大且发展迅速。通过提供融合控制变流器和振荡抑制装置，能够提升新能源并网系统的振荡稳定性，从而实现盈利并促进技术的广泛应用和推广。发展规划： 目前，随着风电、光伏等新能源的大规模接入，电力电子变流器在电力系统中的应用越来越广泛。然而，传统跟网、构网控制变流器在强电网或弱电网中面临宽频振荡风险，且难以在复杂电网工况下保持振荡稳定。现有振荡抑制装置大多为定制化设计，仅能够有效抑制特定频率的振荡，难以应对“振荡频率时变”这一挑战。 为进一步提升变流器在不同电网条件下的振荡稳定性，未来将继续推进以下工作： 1）技术改进和优化：研究适应复杂电网工况的自适应融合系数调整方法，提高融合控制策略的灵活性和适应性，同时改进适应振荡频率时变挑战的附加振荡抑制装置； 2）工程示范：在实际风电场或光伏电站中开展工程示范应用，测试装置性能和可靠性。 成果预期经济效益包括： 1）改善电力系统振荡 稳定性：成果将显著提高变流器在不同电网工况下的振荡稳定性，避免振荡电压电流恶化电能质量或引发全局性安全稳定事故，改善电力系统振荡稳定性；2）提高新能源场站经济效益：成果有助于避免新能源场站因振荡事故脱网或损坏，减少停电损失。

一、痛点问题 随着风电、光伏等新能源的大规模接入，电力电子变流器在电力系统中的应用也越来越广泛。依据并网同步方式的不同，变流器控制结构主要分为跟网控制和构网控制两类。跟网控制依赖锁相环跟踪电网电压相位，因此在强电网中具有良好的稳定性，但在弱电网中存在宽频振荡失稳风险。构网控制依赖同步环节自行建立电压，因此能够在弱电网中稳定性较好； 但在连接至强电网时易宽频振荡失稳。外部电网运行工况改变可能导致电网强度的大幅波动，然而两类控制结构均无法在该条件下保持振荡稳定运行。 为提升变流器在不同电网条件下的稳定性，现有研究尝试从两个角度解决这一问题。1）融合控制策略： 结合跟、构网控制优势，提出兼具跟网和构网控制能力的融合控制策略，如双模式切换控制、混合同步控制和跟并联控制。然而，现有融合控制变流器的跟网或构网特性占比是固定的，无法依据外部电网工况自适应调整，难以适应复杂多变的外部电网工况。2）附加振荡抑制装置：根据变流器振荡电压、电流调整抑制装置输出，进而抑制振荡。然而，现有装置大多为定制化设计，仅能够有效抑制特定频率的振荡，难以应对“振荡频率时变”这一挑战。 二、解决方案 本成果分别从融合控制策略、附加振荡抑制装置两个角度解决了传统跟、构网新能源机组的宽频振荡问题。 1）构网及跟网自适应融合控制装置、方法、设 备及存储介质：首先，根据电网电压、电流辨识电网短路比，进而自适应调整跟网和构网融合系数；然后，通过融合同步环节生成虚拟相角，同时利用派克变换、功率/电压求解获取电压（电流）的dq 轴分量、有功、无功和电压有效值；之后，通过外环控制生成电流d、q轴分量参考值；最后，通过内环控制、反派克变换和PWM生成变流器开关信号。 2）风电场次同步谐振抑制方法及系统：首先，对风电场线路的电压信号和风电场线路的电流信号进行滤波处理，获取次同步频率信号；之后，根据次同步频率信号、多台风机电阻和电感、多台变压器电阻和电感、风电场线路电阻和电感，得到风电场闭环传递函数；最后，根据次同步抑制系统向电网实际输出电流信号，通过优化参数使得闭环传递函数不同零点下的衰减率最优。 预期形成的产品包括构网及跟网自适应融合控制装置、风电场次同步谐振抑制系统。 三、竞争优势分析 与传统跟、构网控制策略以及定制化振荡抑制装置相比，本项技术具有以下竞争优势： 1）性能优势：本技术提出了构网及跟网自适应融合控制装置，能够根据外部电网工况实时调整变流器跟网和构网控制输出占比，在复杂电网工况下均具有良好的振荡稳定运行能力。此外，风电场次同步谐振抑制方法可以准确获取振荡电压、电流特征信息，通过优化控制参数实现了衰减率最优，有效抑制新能源机组次同步和超同步振荡风险。 2）成本优势：融合控制变流器综合了传统跟、构网控制的优势，振荡稳定运行能力优于传统跟、构网变流器；次同步谐振抑制方法及系统能够实现衰减率最优，有效减少了振荡抑制装置所需变流器容量。 3）成熟度优势：本技术有效性已经得到了大量仿真验证，并且技术已在实际工程得到应用，具有较高的可实施性和实用性。 4）知识产权布局优势：本技术已申请2项相关专利保护，具有较好的知识产权布局。 因此，本项技术在解决新能源变流器宽频振荡问题方面具有明显的竞争优势，能够提升新能源并网系统在复杂多变电网工况下的振荡稳定性。