虚拟同步机技术让电网更稳定

 “随着大规模的风能、太阳能、电动汽车等接入电网，以及能源使用效率的提高，电力系统正从以传统旋转电机为主转向以新型电力电子设备为主的复杂巨系统。”国家“千人计划”学者钟庆昌教授在近日举行的电力系统与电力电子技术发展研讨会上指出，“如何保证这些新增的设备与电力系统的兼容性是目前急需解决的关键问题。”

      “不能头痛医头、脚痛医脚”

      为应对能源问题和环境压力，社会对能源使用效率的要求不断提高，以及风能、太阳能等分布式能源正大规模地接入电网，如何保证这些新接入的分布式能源与电力系统兼容成为当务之急。

      “在电力系统接入相量测量单元PMU可以实时在线监测系统的运行情况，及时做出控制反应，从而增加电网运行的安全性，这也是我国没有发生过大面积停电事故的原因之一。”钟庆昌介绍，“但这只是一种被动的解决办法，治标不治本，不能彻底解决电力系统的稳定性问题。”

      随着分布式电源渗透率的不断增加，未来的电力系统将由集中式的大电厂供电转向分布式的小规模发电。“因此，应该有一种途径让这些新接入的电气设备能够主动参与系统调节，自动维护电力系统的稳定。”钟庆昌说。

      2015年7月，国家发改委、能源局颁布的《关于促进智能电网发展的指导意见》明确指出，将推广具有即插即用、友好并网特点的并网设备，满足新能源、分布式电源广泛接入要求。“一般说来，分布式电源主要通过并网逆变器接入电网，并网逆变器控制策略各异，加之分布式电源输出功率具有波动性、不确定性等特点，很难实现其即插即用与自主协调运行。”

      “100多年以来，电力系统的规模不断变大，这主要归功于同步发电机的同步机制。如果能使并网逆变器具有类似同步发电机的运行特性，那么必将大幅提升分布式发电的性能，提高分布式能源的消纳能力，提高电力系统的稳定性。”钟庆昌进一步解释。

      “可将事故控制在一定范围内”

      钟庆昌在世界上率先研究了虚拟同步机技术，使得并网逆变器能够模拟同步发电机的运行机理、有功调频以及无功调压等特性，使并网逆变器从内部运行机制和外部运行特性上可与传统同步发电机一样，能够促进风电、光伏发电上网的稳定性、安全性，防止脱网。“目前，如果分布式电源脱网处于孤岛运行，并网逆变器必须转换为电压控制，难以实现无缝切换。当使用虚拟同步机技术后，无论并网还是孤岛运行，逆变器均采用同一种控制方式，无需切换，一直具有自我调节能力，因此系统更加稳定。”钟庆昌介绍了虚拟同步机的工作原理。

      “它改变了原来仅由发电端调节的单向模式，实现了负荷端和发电端的双向调节模式。”例如，普遍使用的空调在引入虚拟同步机技术后，就可以根据电网的电量来自动调节空调的功率。当电量不够时，空调能够自动减少用电量，帮助电网实现自动平衡。

      “所以，未来的电力系统在采用虚拟同步机技术后，发电设备和负荷能够通过内在的同步机制自主交互，在不需要人工调节的情况下就可以实现系统的稳定运行。”钟庆昌对未来电力系统的发展充满信心，“虚拟同步机技术可以很好地解决分布式电源与电网的兼容性问题，是解决大规模分布式电源并网的有效途径。可以说，虽然未来的电力系统不能控制事故的发生，但可以将事故控制在一定范围内。”

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