首个负荷虚拟同步充电桩试运行成功实现需求侧智慧响应促进源网荷友好互动-北极星储能网

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前言：负荷虚拟同步技术应用于电动汽车充电桩时，还可帮助解决充电汽车大规模接入引发的供电能力不足、电压波动大、无功不平衡、系统惯量不够等问题。具备虚拟同步机特性的汽车充电桩预期可实现的主要功能改进有：充电桩接受电网的控制，能够按照电网下达的负荷曲用电，适应大负荷下电网的集中控制和有序用电；可发挥汽车蓄电池的储能作用，具备双向传输电能功能；具备无功、电压的自主调节功能，参与解决配电网易发生的电压波动问题。

8月25日，我国首个具备负荷虚拟同步功能的充电桩在江苏泰州试运行成功，标志着负荷虚拟同步机技术已初步达到工程化应用水平。该技术能促进负荷与电网充分有效互动，助力改善电网频率、电压稳定性和系统安全性。目前，“负荷虚拟同步机在配电网中的应用研究”已列为国家电网有限公司重点科技项目。

8月25日14时30分，在中国泰州医药城公交汽车充电站，江苏泰州供电公司工作人员正将电动汽车接入具备负荷虚拟同步功能的充电桩，并选择在虚拟同步模式下充电，随即进入正常充电状态。

通过仪表值可以看出，与传统充电桩相比，新型充电桩的无功功率会随电压波动变化。对此，泰州供电公司配电运行工程师蒋中军介绍：“这种无功功率随电压波动自主调整，就是自动保持电网电压的稳定，也就是负荷虚拟同步功能成功实现的具体体现。”

适应电网功能形态的转变趋势

2017年，±800千伏锡盟—泰州特高压直流输电工程投运，为江苏提供了新的强大电力支撑。特高压技术的发展有效解决了大功率、远距离输电的难题，让负荷中心的用电需求得到满足，用电可靠性进一步增强。与此同时，大容量电能一路跋山涉水而来，也带来了供电保障方面的新挑战。比如，特高压输电线路一旦发生故障，将会引起受端电网短时间内供电不足，为电网安全稳定运行带来巨大的挑战，也提出了更高的要求。

据专家介绍，当前我国电网已经成为多种类型能源汇集的平台，电网功能形态正向着发电更灵活、输配电更弹性、负荷更具互动性和活跃性的方向发展，不仅对清洁能源、可控负荷的灵活接入技术要求不断提高，而且仅从输电线路一侧解决系统稳定的问题是远远不够的，电源端和负荷端都应担负起维护系统稳定的责任。面对这些趋势，加快适应新需求的技术研究迫在眉睫。负荷虚拟同步技术装置在泰州挂网运行，就是诸多研究中的一种新尝试。

该装置依据的原理是，传统电网中的同步发电机和电动机（用电器），都能在电网电压、频率、有功、无功异常情况下做出相应的响应，以应对电网的动态调整，实现电网稳定运行。也就是说，传统同步发电机、电动机（用电器）与电网之间存在一个“同步”融合机制。对充电桩、空调等可控的电力电子用电设备用电策略进行优化，以虚拟出类似同步电机的“同步”机制，可控设备的用电负荷中也具有了同步机组并网运行时的惯性、阻尼特性、有功调频、无功调压等特性，进而找到以负荷与电网充分有效互动，改善电网频率、电压稳定性和系统安全性的策略资源。

为此，依托国家电网有限公司“负荷虚拟同步机在配电网中的应用研究”科技项目，承担相应科技项目的泰州供电公司联合中国电力科学研究院、南瑞集团有限公司、许继集团有限公司、东南大学等国内一流科研单位和高等院校，共同研制出了负荷虚拟同步技术装置，并成功在电动汽车充电桩上接入电网运行。

实现高灵敏度响应和智慧互动

在今夏高温下接入泰州电网的首批虚拟同步装置，容量为480千瓦。

“这是在大量实验基础上进行的产品挂网。”蒋中军介绍，该负荷虚拟同步技术装置无需通信和集中控制的支撑。它通过在充电桩、空调等可控的电力电子用电设备上应用负荷虚拟同步技术，实现高灵敏度响应和智慧互动。即通过用电设备加装的电流互感器、电压互感器等电网信息收集系统收集实时批量信息，进行计算并与标准值“对标”。当地区负荷出现电压暂降、频率突变等异常情况时，应用了负荷虚拟技术的空调、汽车充电桩等设备可自主感知电力系统频率、电压等运行参数，自动快速响应，以最大20%的幅度减量用电，主动为电网稳定运行作贡献。同时，因短时间减量，空调、充电桩的使用客户基本不会有感觉。

首批虚拟同步装置挂网结果表明，作为构建“源—网—荷”集成优化系统和自主电力系统的关键技术，挂网运行取得了快速跟踪技术新的突破，虚拟同步装置的启动时间大大缩减。同时，新的用电策略中的电磁暂态方程科学化也取得了新的突破。这两个突破保证了在役电力电子设备快速跟踪和自动减用目标的成功实现。

目前，“负荷虚拟同步机在配电网中的应用研究”已被列为公司重点科技项目。

该项目将通过建设以电动汽车充电桩（站）、变频电机、空调、LED照明、计算机服务器等为代表的多元化负荷虚拟同步机标准接口示范工程，实现用电负荷对电网的灵动感知和智慧响应，降低负荷在电压暂降、频率突变等异常情况出现时对电网带来的冲击，为促进“源—网—荷”友好互动，促进负荷虚拟同步机技术在多元负荷中大规模推广应用，探索涵盖需求侧管理和节能服务的电网与产业整合商业运营模式等提供技术支撑。

规模应用可支撑新能源大量接入条件下的电网安全

今夏，江苏电网调度最高用电负荷达10262.9万千瓦。其中，约4100万千瓦为空调负荷，空调负荷约占最高负荷的40%。

“如果在空调上普及应用负荷虚拟同步技术，按平均发挥10%作用算，可达410万千瓦容量。按目前电网运行有一定容量的发电机组在网旋转，以备电网突出负荷变动时随时投入电网发电的旋转备用的必须算，如果应用负荷虚拟同步技术的410万千瓦容量空调随电网需要而动，电网系统就可以减少发电机组旋转备用容量410万千瓦，相当于配置了能随时启动4台100万千瓦大型电厂备用。”泰州供电公司副总工程师贾俊介绍，“在企业和居民生活中，大功率挂网运行的设备中，用电呈快速发展趋势的还有电动汽车充电桩。”

按照近日中关村创蓝清洁空气产业联盟在京发布的《2030清洁空气市场展望报告》，到2030年，我国新能源乘用车销量将突破1300万辆，新能源乘用车保有量接近7000万辆。新能源汽车的销售比例2030年要达到40%以上。新能源汽车要逐步成为市场主流，汽车产业初步实现电动化转型。充电服务对应的市场空间预计为5100亿元。采用虚拟同步技术的电动汽车充电桩，可挖掘容量更为巨大，并且应用前景广阔。

因此，国网科技部对这一技术应用项目高度重视，将其作为2030年前充电汽车大规模应用给电网带来影响的应对措施。国网科技部组织了中期推进会，督导项目进展。目前，该项目已列入公司2018年十大创新范工程之一，计划于年底前完成。

研究成果还表明，负荷虚拟同步技术应用于电动汽车充电桩时，还可帮助解决充电汽车大规模接入引发的供电能力不足、电压波动大、无功不平衡、系统惯量不够等问题。具备虚拟同步机特性的汽车充电桩预期可实现的主要功能改进有：充电桩接受电网的控制，能够按照电网下达的负荷曲用电，适应大负荷下电网的集中控制和有序用电；可发挥汽车蓄电池的储能作用，具备双向传输电能功能；具备无功、电压的自主调节功能，参与解决配电网易发生的电压波动问题。

中国电科院的吕志鹏博士介绍，目前中国电科院等正将这一技术应用起草为相关电气设备生产的行业标准，进而推动其进入国家相关电气设备标准。在电气设备上应用虚拟同步技术，可为电网短时间缺电提供调节备用，而该技术的自主跟踪视情自动减量用电技术的应用，不但是特高压电网时代电网安全的一个重要支撑，对间隙性特征明显的新能源大量接入条件下的电网安全和经济运行也具有重要意义。

原标题：实现需求侧智慧响应促进源网荷友好互动

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