構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)，成為近幾年與新能源相關(guān)的各類新聞和展會(huì)的一個(gè)熱點(diǎn)。風(fēng)電整機(jī)和部件企業(yè)紛紛加大研發(fā)力度，已有多家企業(yè)推出相關(guān)產(chǎn)品，并完成了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。那么，當(dāng)前構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)電技術(shù)的整體發(fā)展水平如何？離真正的商業(yè)化還有多遠(yuǎn)的距離？圍繞這些問(wèn)題，《風(fēng)能》與陽(yáng)光電源股份有限公司風(fēng)能事業(yè)部（下稱“陽(yáng)光風(fēng)能”）副總裁吳玉楊展開(kāi)了對(duì)話。
構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)，賦能新型電力系統(tǒng)建設(shè)
構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)受到關(guān)注的大背景是，隨著包括風(fēng)電在內(nèi)的新能源快速發(fā)展，其在電力系統(tǒng)中的占比日益提高，尤其是在國(guó)家明確碳達(dá)峰碳中和時(shí)間表后，這個(gè)趨勢(shì)進(jìn)一步提速。
吳玉楊告訴《風(fēng)能》，長(zhǎng)期以來(lái)，跟網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組作為發(fā)電設(shè)備，支撐電網(wǎng)能力有限。在復(fù)雜電網(wǎng)下，傳統(tǒng)的風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性壓力很大。然而，隨著電力系統(tǒng)中的新能源占比越來(lái)越大，需要新能源發(fā)電設(shè)備具備較強(qiáng)的電網(wǎng)支撐能力，能夠主動(dòng)支撐電網(wǎng)的電壓、頻率等穩(wěn)定。更嚴(yán)苛的情況是，風(fēng)電作為主力電源時(shí)，風(fēng)電機(jī)組需要具備構(gòu)建電網(wǎng)的能力，確保在特殊工況下維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
“構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的價(jià)值，體現(xiàn)在風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)場(chǎng)景下，電網(wǎng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，構(gòu)網(wǎng)型變流器能夠確保維持風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，起到保險(xiǎn)的作用。在一些離網(wǎng)的場(chǎng)景中，風(fēng)電作為主要的一次電源，構(gòu)網(wǎng)型變流器需要能夠在各種暫態(tài)過(guò)程中保證穩(wěn)定的電源特性。”他進(jìn)一步解釋道。
這就要求構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組必須具備提供一定短路電流、暫態(tài)主動(dòng)支撐能力等，構(gòu)網(wǎng)型設(shè)備容量的提升成為顯性要求。構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組在一定場(chǎng)景下需要能夠根據(jù)負(fù)荷側(cè)的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組輸出的功率，以維持電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定，也就是“源隨荷動(dòng)”。同時(shí)，在電網(wǎng)出現(xiàn)故障等突發(fā)情況下，構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組需要通過(guò)控制策略迅速加以識(shí)別，支撐電網(wǎng)快速恢復(fù)。
憑借上述特性，構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組可以廣泛應(yīng)用于沙戈荒、鄉(xiāng)村分散式、工業(yè)園區(qū)、能源島等存在弱電網(wǎng)、微電網(wǎng)、離網(wǎng)等場(chǎng)景中。
在構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)背景下，構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)獲得了各方的高度重視。
近些年，國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)過(guò)多個(gè)與構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)相關(guān)的政策。2023年9月27日印發(fā)的《關(guān)于組織開(kāi)展可再生能源發(fā)展試點(diǎn)示范的通知》提出，支持構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)電技術(shù)研發(fā)與工程示范。2024年7月25日印發(fā)的《加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動(dòng)方案（2024—2027年）》，將“推進(jìn)構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)應(yīng)用”確定為推進(jìn)新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)行動(dòng)之一。2024年10月18日印發(fā)的《關(guān)于大力實(shí)施可再生能源替代行動(dòng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出，推進(jìn)構(gòu)網(wǎng)型新能源、長(zhǎng)時(shí)間尺度功率預(yù)測(cè)等新技術(shù)應(yīng)用；在工廠和園區(qū)開(kāi)展綠色直供電試點(diǎn)，推進(jìn)構(gòu)網(wǎng)型、孤網(wǎng)運(yùn)行、自備性質(zhì)的可再生能源綜合利用工程試點(diǎn)。
有了政策的加持，風(fēng)電企業(yè)加快實(shí)施構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)研發(fā)與示范，一批重要成果相繼問(wèn)世。在2024北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)（CWP 2024）上，多家風(fēng)電企業(yè)展示了構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)和產(chǎn)品。
搶灘登陸，變流器企業(yè)積極儲(chǔ)備技術(shù)
作為風(fēng)電機(jī)組的核心部件，變流器在電力轉(zhuǎn)換中扮演著關(guān)鍵角色，它也成為研發(fā)構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)電技術(shù)的關(guān)鍵一環(huán)。一些變流器企業(yè)較早便開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備，其產(chǎn)品已進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)階段。
據(jù)吳玉楊介紹，早在2016年，陽(yáng)光風(fēng)能就啟動(dòng)了構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的研發(fā)布局，是最早推進(jìn)這項(xiàng)工作的風(fēng)電企業(yè)之一。
“當(dāng)時(shí)，我們基于對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)及電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)的研判，提前做了構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的研究，那時(shí)還沒(méi)有‘構(gòu)網(wǎng)’這么響亮的名字，本質(zhì)就是電壓源輸出，相關(guān)研發(fā)工作已經(jīng)持續(xù)了近10年。”他表示，“雖然構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)批量商業(yè)化應(yīng)用，但我們的想法是，未來(lái)很多的風(fēng)電應(yīng)用場(chǎng)景離不開(kāi)這項(xiàng)技術(shù)，我們必須盡早做好技術(shù)儲(chǔ)備，一旦有需要，我們就有能力提供經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證的成熟技術(shù)和產(chǎn)品。”
經(jīng)過(guò)多年積累，近幾年這家企業(yè)在構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)品應(yīng)用方面不斷取得突破，2020—2021年實(shí)現(xiàn)構(gòu)網(wǎng)型變流器現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行、主動(dòng)慣量支撐等功能，2022年實(shí)現(xiàn)構(gòu)網(wǎng)型變流器并/離網(wǎng)在線切換測(cè)試，2023年完成極弱電網(wǎng)下構(gòu)網(wǎng)故障穿越測(cè)試……由此陸續(xù)完成了構(gòu)網(wǎng)型極弱電網(wǎng)支撐、故障穿越、慣量支撐等方面的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)證，并配合構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組開(kāi)展了構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的驗(yàn)證。
其中，2023年5月，陽(yáng)光風(fēng)能配合整機(jī)企業(yè)在浙江某海上風(fēng)電場(chǎng)完成了風(fēng)電機(jī)組的孤島運(yùn)行，這意味著陽(yáng)光風(fēng)能的變流器首次在風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)“黑啟動(dòng)”并帶載運(yùn)行。測(cè)試顯示，“黑啟動(dòng)”解決方案能夠顯著減少后備電源的初始投資成本，給客戶帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益。此外，在電網(wǎng)電力送達(dá)前，利用“黑啟動(dòng)”方案可以完成風(fēng)電機(jī)組調(diào)試工作，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組或風(fēng)電場(chǎng)的孤島運(yùn)行，提升場(chǎng)站調(diào)試速率，縮短風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)工期。
2023年9月，在河北省張家口市張北縣庫(kù)金圖風(fēng)電場(chǎng)，國(guó)內(nèi)首臺(tái)構(gòu)網(wǎng)型雙饋風(fēng)電機(jī)組通過(guò)了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)驗(yàn)證。測(cè)試中，陽(yáng)光電源的構(gòu)網(wǎng)型變流器表現(xiàn)優(yōu)異，依托寬范圍阻抗模擬環(huán)境，構(gòu)網(wǎng)型雙饋風(fēng)電機(jī)組在強(qiáng)、弱、極弱等不同強(qiáng)度的電網(wǎng)條件下表現(xiàn)出良好的暫/穩(wěn)態(tài)控制能力，成功完成跟網(wǎng)/構(gòu)網(wǎng)模式在線切換、電網(wǎng)故障穿越、低頻振蕩抑制、暫態(tài)支撐等實(shí)證工作。
為提高新能源發(fā)電設(shè)備并網(wǎng)性能研發(fā)及測(cè)試的效率，陽(yáng)光電源推出了支持構(gòu)網(wǎng)型設(shè)備測(cè)試的電網(wǎng)模擬電源，實(shí)現(xiàn)1~100MVA容量全覆蓋，380V~35kV，50Hz/60Hz電網(wǎng)全適應(yīng)，可以完成風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能、SVG、試驗(yàn)臺(tái)等領(lǐng)域的測(cè)試，滿足電網(wǎng)適應(yīng)性、故障穿越、調(diào)頻與慣量響應(yīng)等測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求。
產(chǎn)業(yè)協(xié)同，加快構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)商業(yè)化
吳玉楊認(rèn)為，當(dāng)前構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)電技術(shù)仍處于應(yīng)用起步階段，要實(shí)現(xiàn)批量商業(yè)化，業(yè)界仍需在協(xié)同創(chuàng)新、完善市場(chǎng)機(jī)制、健全標(biāo)準(zhǔn)體系等方面做好細(xì)化工作。
研發(fā)構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)電技術(shù)，涉及從關(guān)鍵部件到整機(jī)的軟硬件調(diào)整，協(xié)同創(chuàng)新便成為必由之路。
“作為關(guān)鍵部件，無(wú)論是從硬件層面提高設(shè)備容量，還是在軟件上調(diào)整控制策略，都需要與整機(jī)企業(yè)密切配合，打通風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)整體功能。”吳玉楊說(shuō)，“陽(yáng)光風(fēng)能積極與各整機(jī)企業(yè)、電科院及業(yè)主等深入交流，收集構(gòu)網(wǎng)功能的具體要求，將之融入變流產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，開(kāi)展平臺(tái)化、通用性設(shè)計(jì)，讓我們的產(chǎn)品能夠與設(shè)備、電網(wǎng)及負(fù)荷端全面適配。”
配置構(gòu)網(wǎng)功能，提升電網(wǎng)支撐能力，勢(shì)必會(huì)影響變流器成本。在吳玉楊看來(lái)，在當(dāng)前行業(yè)持續(xù)降本的形勢(shì)下，這部分增加的成本對(duì)風(fēng)電企業(yè)和構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)電技術(shù)推廣應(yīng)用造成了比較大的影響。
“研發(fā)創(chuàng)新功能，提升設(shè)備性能，都需要持續(xù)的研發(fā)投入。作為部件企業(yè)，構(gòu)網(wǎng)型變流產(chǎn)品功能的開(kāi)發(fā)、測(cè)試、驗(yàn)證，需要投入大量資源，產(chǎn)品價(jià)值的提升帶來(lái)了一定程度的成本增加。如何評(píng)估構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組的價(jià)值，促使各相關(guān)方積極推廣應(yīng)用，是當(dāng)前行業(yè)需要思考的問(wèn)題。”他指出。
對(duì)此，吳玉楊建議，應(yīng)建立合理的市場(chǎng)機(jī)制，充分體現(xiàn)構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)在支撐電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行方面所產(chǎn)生的價(jià)值，并在相關(guān)企業(yè)間形成合理的成本分?jǐn)倷C(jī)制，上下游企業(yè)協(xié)同推廣。
此外，由于各種應(yīng)用場(chǎng)景的情況千差萬(wàn)別，對(duì)于構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組應(yīng)當(dāng)具備哪些功能，需要通過(guò)開(kāi)展更深入的理論研究、仿真分析和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試來(lái)驗(yàn)證支撐。
“并非所有的場(chǎng)景都需要構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)，構(gòu)網(wǎng)功能也不是越多越好。在某些場(chǎng)景中應(yīng)用構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)，可能會(huì)降低效能。”吳玉楊強(qiáng)調(diào)，“未來(lái)，隨著應(yīng)用場(chǎng)景日益豐富，對(duì)構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的具體要求會(huì)更加明晰，細(xì)化功能可選，針對(duì)各種應(yīng)用場(chǎng)景中的電網(wǎng)特性進(jìn)行評(píng)估，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)體系將之固定下來(lái)。”
目前，陽(yáng)光風(fēng)能正在參與構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，將自身的研究和實(shí)踐積累融入其中，與業(yè)界共同明確通用技術(shù)規(guī)范、技術(shù)要求和測(cè)試規(guī)程，將技術(shù)適配至不同的應(yīng)用場(chǎng)景，以更好地指導(dǎo)構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)電技術(shù)的設(shè)計(jì)、研發(fā)、測(cè)試等工作。
“當(dāng)前所做的理論仿真和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，場(chǎng)景相對(duì)是固定的，但在商業(yè)化應(yīng)用后就不會(huì)如此理想化了，可能會(huì)出現(xiàn)各種無(wú)法預(yù)知的情況，構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行價(jià)值如何，仍有待接受實(shí)踐的檢驗(yàn)。”吳玉楊向《風(fēng)能》表示，“陽(yáng)光風(fēng)能愿與業(yè)界同仁分享我們的經(jīng)驗(yàn)，與產(chǎn)業(yè)鏈上下游一道推動(dòng)構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)電技術(shù)走向成熟，為構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)作出貢獻(xiàn)。”
來(lái)源：《風(fēng)能》雜志，文：夏云峰
評(píng)論