主力電源型新能源的關鍵特征和技術挑戰是什么

當前冀北電網新能源裝機容量已突破8000萬千瓦大關，率先實現新能源裝機和發電量占比“雙主體”。傳統新能源發電方式如同依賴“火車頭”的“車廂”，自身難以主動維持電網電壓和頻率穩定，易引發過電壓、振蕩等系統安全風險。在此背景下，亟需開展主力電源型新能源技術攻關，讓新能源具備自主“構網”能力，主動支撐電網安全穩定運行。

在“雙碳”戰略目標的強力驅動下，我國風電、光伏等新能源發電經歷了跨越式發展。國網冀北電力有限公司作為我國新能源開發利用的先行者，截至目前，冀北清潔能源基地新能源裝機容量已突破8000萬千瓦大關，占統調裝機比例超過 80% ，率先實現新能源裝機和發電量雙過半。隨著新能源從原來的補充性電源成長為主力電源，如同一顆幼苗成長為參天大樹，必須要承擔遮風擋雨的責任。正是在這一背景下，如何使新能源發電具備類似于火電機組的支撐能力，成為擺在電力研究人員面前的共性難題。

何為主力電源型新能源？其核心內涵在于，新能源不僅要實現裝機規模上的主體地位，更需主動承擔起維護電網安全穩定的關鍵責任。主力電源型新能源應具備自主構建并維持電網電壓與頻率的能力，能夠主動提供慣量響應、暫態頻率支撐以及無功調節等功能，其對外特性應盡可能接近傳統的同步發電機。在以傳統同步機組為主的電力系統中，傳統新能源發電類似于火車車廂，需要同步機組這個火車頭拖著才可以行駛。隨著新能源裝機占比越來越高，好比火車車廂越來越多，便會造成系統承載力不足，進而引發過電壓、寬頻帶振蕩等新型安全穩定問題。這就需要對新能源進行改造，使其具備自驅能力，類似于和諧號每個車廂都有驅動電機一樣，在車頭與車廂共同驅動下才能讓整列火車跑得更快更遠。

目前，構網型控制技術（Grid-formingControl）是實現新能源主力化的主流技術路徑，是與跟網型控制（Grid-followingControl）相對應的變流器兩類基本控制策略，它賦予新能源類似同步發電機的自主建立電壓、頻率的能力。構網型控制技術在大規模新能源匯集系統的應用尚處于起步階段，面臨多維度、深層次的挑戰，具體表現為設備性能距離主力電源尚有不小差距、設備選型與配置原則缺失、跟/構網設備協同控制復雜、測試評價體系不完備等方面。

面對重重挑戰，冀北公司敢為人先，率先開展構網型技術的探索與實踐，逐步構建起清晰的技術攻關與示范路徑。早在2017年就依托國家風光儲輸示范工程，成功建成包括59臺2兆瓦風電、24臺500千瓦光伏和2臺5兆瓦儲能的世界首座百兆瓦級虛擬同步發電機電站，使風光儲電站具備模擬常規火電機組的調頻/調壓外特性的功能。2022年冀北公司獲得“大規模新能源主動支撐控制技術”國網公司科技攻關團隊、“風光儲并網運行與實證技術”國網公司實驗室雙命名，為項目繼續開展攻關奠定了基礎。同年，還啟動了風光儲登高行動計劃，重點任務之一就是應用構網技術升級風光儲，從而實現友好并網技術的再次引領。在此基礎上將其納入張承地區科技創新示范工程子工程一“構網型風光儲主動支撐與匯集組網科技示范工程”，從設備、場站、系統、實證四個方面對構網型技術開展攻關與示范，計劃對國家風光儲輸示范工程的596兆瓦新能源進行改造，并擴建150兆瓦風電光伏，涵蓋構網型風機、構網型光伏、構網型動態無功補償裝置、構網型儲能、同步調相機等多類主動支撐模式。

依托張承子工程一，項目團隊對主力電源型新能源運行原理、控制策略、試驗測試等關鍵技術開展攻關，提出了新能源機組穩態/暫態全工況構網控制策略，創造性構建了包含9大類、231項嚴苛測試工況的構網型設備性能測試評價體系，并完成了11個型號設備的實驗室硬件在環測試，實現了構網型風、光、儲、動態無功補償裝置四大類主流技術路線的全覆蓋測試，其中包括國內首臺構網型風儲一體機、首臺雙星型構網型動態無功補償裝置等標志性產品。

新能源從裝機主體躍升為安全穩定的責任主體，是構建新型電力系統不可逆轉的趨勢和必由之路。面向未來，我們將進一步深化主力電源型新能源技術攻關，在技術研究、工程示范、標準引領等多個維度持續發力，為新型電力系統建設提供可復制、可推廣的“冀北方案”。■