构网型新能源并网特性及实测国网冀北电力有限公司电力科学研究院刘辉2024年6月15日公众号·电虎圈构网型控制的三个视角构网型变流器并网特性分析公众号·电虎圈目录CONTENTS21.1三种视角|三种视角的关系原理构网变流器控制为自同步电压源并网外特性全工况构网功能构网具备电压、频率支撑能力和振荡抑制和黑启动等能力故障构网大扰动下维持电压源运行Ps同步环电压源特性U电虎圈1.11.3扩容支撑故障过电压0.2U-0.9-IE∠θθ控制器+@-0始终维持电压源虚拟阻抗控制+1±故障低电压扩容支撑D1P+个1IP3■构网型的基本原理是控制网侧变流器输出电压的幅值/相位，使其作为自同步电压源并网，模拟同步机运行机制。电压源具备对电网内的有功、电压变化的自主响应机制，具备优异的动态性能，但这也导致了在不同时间尺度上，其对直流电压维持能力和机侧能量提出了更高的要求。构网型1)外特性：受控电压源；2)同步方式：自同步E∠θP₆(功率同步、惯性同步等)控制器θ电压源特性下垂/VSG控制匹配控制下垂/VSG控制模拟同步机P-f下垂特性，并构建了虚拟惯量，p根据功率变化量调整电压源相位，实现自同步匹配控制建立变流器直流电容电压与同步机转子转速的匹配关系，实现自同步1)外特性：受控电流源；①2)同步方式：锁相环同步；电流源特性1.2原理构网同步环和直流电压控制。跟网/构网本质区别国家电网公司STATEGRIDI2θ+φ控制器U₅锁相环跟网型4■常用的构网型控制结构有下垂控制、虚拟同步控制(VSG)、匹配控制、虚拟振荡器控制四种。虚拟同步控制是目前工程上最为常用的控制方式。虚拟振荡器控制少见工程应用。eabe=cuC门极信号PWM[dq/abcedy(可以省略)Pset/Uie*&QsetPmUgabeLg二C功率计算Udee-Q*1.2原理构网5典型匹配控制的构网型变流器结构电虎圈典型控制结构典型下垂/VSG控制的构网型变流器结构o个构网外环vSG/下垂)V*「PIim电压电流内环Widsridgidnabc/dqUdguaiakeumakeiahe功率计算电压生成eabcθ!门极信号+Ude+UdciabeUirabeP0本eabePUgabcease↑PWMLing·Cac.UdcLgLyW功能大类具体功能要求参考国外标准标准推荐的测试工况或评价指标稳态运行与小信号稳定自同步电压源运行美国NREC、澳洲AEMO要求：内电势的幅度/相位在扰动瞬间保持几乎恒定，伴随瞬时有功/无功功率响应电网强度适应性德国VDE、澳洲AEMO要求：在非常低的短路比下(如1.33)稳定运行，包括稳态工况和系统扰动工况宽频带阻抗特性美国NREC、欧洲ENTSO-E要求：在0-300Hz范围内呈现非负阻尼特性(正序阻抗相位角±90°之间)低频振荡阻尼能力英国GC0137、欧洲ENTSO-E工况：并网点注入2Hz正弦波；要求：提供有功功率实现阻尼，响应时间5ms以内有功/频率支撑惯量响应英国GC0137、澳洲AEMO要求：在供需失衡时的瞬态时间帧内提供有功功率响应的能力一次调频德国VDE、美国UNIFI工况：电网相位和频率同时变化，如相位0°→30°同时频率以2Hz/s升至51Hz相角跳变适应性德国VDE、澳洲AEMO工况：电网相位跳变±10~±30°能够稳定运行无功/电压支撑(故障构网)过载能力美国UNIFI、澳洲AEMO要求：具备一定过载能力，例如1.5倍/2s故障电压穿越美国UNIFI、欧洲ENTSO-E要求：若机组未保护跳机则故障期间应保持构网状态，且抑制故障不平衡电压暂态过电压抑制英国GC0137、美国UNIFI要求：电压故障发生后5ms内提供无功电流，故障前后保持构网状态孤网运行与黑启动孤网带负荷运行德国VDE、美国NREC工况：系统内同步机脱网后稳定运行30s,带0.2pu负荷黑启动美国UNIFI、澳洲AEMO要求：能够在离网情况下为场站所需辅助系统通电，帮助系统从停电条件下恢复现行构网型标准/规范中的功能要求■国外多项标准规范中对构网型提出的功能要求，目前总体分为如下四个大类。1.3功能构网公众号电虎卷6需求对机侧电源要求对网侧变流器要求稳态运行与小信号稳定无，一般通过控制手段即可实现无，一般通过控制手段即可实现有功/频率支撑惯量支撑需要转子动能或直流配储能一次调频支撑需要预留备用或直流配储能无无功/电压支撑一般无要求。有研究认为应扩大直流电容，易于直流电压控制若需实现故障期间构网且提供大于1.0pu的无功电流，应扩容网侧变流器孤网运行与黑启动一般需...