改革创新 勇立潮头｜西电电力电子着力破解新能源大规模并网发展难题

据国家能源局数据显示，1-7月，全国基建新增发电生产能力8443万千瓦，比上年同期多投产1618万千瓦。其中，风电新增1493万千瓦，太阳能发电新增3773万千瓦。风电和太阳能发电新增装机容量占我国电源基建新增装机容量的62.4%。

当前，我国的能源结构发生了巨大变化，“新能源大基地、大直流送出”成为常态，而绝大多数可再生能源通过电力电子接口并网，随着新能源的发展，电力电子设备在电源侧的应用也越加广泛。同时，配网侧分布式电源及储能装置经电力电子变换器接入配电网，负荷侧轨道交通、电动汽车、直流电器、变频/调频等负荷也采用电力电子接口，使得电力系统“源-网-荷-储”各部分电力电子化程度不断加深，新型电力系统的“双高”特性越发显著。

在新能源“大刀阔斧”的前行过程中，电力系统的“可靠性”到底应该如何保障？“问题”怎样解决？所谓的“双高”电力系统又该如何应对？北极星电力网就上述问题与中国西电集团所属西安西电电力电子有限公司执行董事娄彦涛进行了深入交流。

新型电力系统发展迅速 新能源并网矛盾待解

长期以来，火电、水电等作为电网主要支撑性电源，有力的保障了电网安全稳定运行。随着“双碳”目标推进，新能源占比不断增加，而同步发电机电源比例不断降低，电力系统面临系统平衡机制由“确定性发电跟踪不确定负荷”转变为“不确定发电与不确定负荷双向匹配”、现有可控电源的深度调节能力难以抵消新能源出力的随机波动性等问题，电网安全稳定运行将受到严峻考验。

“就目前而言，基于新能源的特性，电网是没办法无限接纳新能源并网的。”娄彦涛向北极星电力网介绍到，目前在实际工程中广泛使用的变流器采用跟网型控制策略，其外部表现为电流源特性，无法承担按需提供惯量保持供需平衡（频率稳定）和平稳电网电压，随着新能源发电装置的不断增加，系统扰动对电力系统安全运行的影响越来越明显。

娄彦涛坦言，“最近几年，随着大规模新能源建设的推进，暴露出了非常大的系统安全稳定风险问题，包括整个系统一次调频能力不足、故障影响范围扩大等，对电网造成了很大冲击。而新能源大基地大规模并网，一旦发生事故对电网的影响更是不可估量的。”

西安西电电力电子有限公司副总经理白世军进一步表示，当前存在有新能源打捆水电、火电并网送电其实也是从保障电网稳定考虑，一定程度上限制了大规模新能源规模外送的需要，为了应对新能源发电高比例并网导致传统电网惯性减弱的问题，新能源装备的创新发展以及构网型技术越来越被行业所关注。

助力新型电力系统建设 构网型电力电子打开“新思路”

2022年8月29日，工业和信息化部、财政部、商务部、国务院国有资产监督管理委员会、国家市场监督管理总局联合发布的《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》（下称《行动计划》）提出，通过5-8年时间，电力装备供给结构显著改善，保障电网输配效率明显提升，基本满足适应非化石能源高比例、大规模接入的新型电力系统建设需要。

值得注意的是，该份文件明确提出了，推进风光储一体化装备发展，推动构网型新能源发电装备研究开发，这对我国电力装备整体的改善和提高起到了重要的战略意义。

据了解，构网型变流器是通过在变流器控制环节中模拟同步发电机的运行机制，让新能源发电机组变得像同步机一样对电网有足够的支撑能力。“在风电、光伏等新能源发电侧，打造构网型并网技术，能够帮助提升电力系统的稳定性和可靠性。”西安西电电力电子有限公司执行董事娄彦涛表示，构网型技术的实现将极大程度的降低当前大规模新能源并网的电网风险，目前这一技术已经在国内外的新能源变流器、储能系统中开展了部分研究示范，其技术应用前景被寄予厚望。

今年年初的一份数据显示，西北电网2022年预计新能源投产超四千万千瓦（包括沙漠、戈壁、荒漠大型风光基地项目），总装机将超过1.8亿千瓦，同时，电化学储能投产将突破三百万千瓦，西北电网将迎来史上新能源投产规模最大的一年。

对于此，西北电网也在相关计划中表示要持续做好涉网性能提升。按照新版导则、新版风电场接入电力系统技术规定等要求，严把并网技术关，加快新能源抗扰、主动支撑、感知能力改造，推动其从“并网”向“组网”转变；同时积极试点支撑新型电力系统的构网型新能源和储能涉网技术，尽可能避免“先投产、再改造”的发展老路。

据西安西电电力电子有限公司执行董事娄彦涛透露，“构网型”电力电子变流器推广应用是电网企业、新能源设备制造商、新能源业主等多方博弈发展的过程。未来，市场刚性需求会比较强烈，目前主流设备厂商都在布局相关产业。西安西电电力电子有限公司也在做相关领域的产业布局。

乘势而起 开创零碳柔性配电新生态

我国的柔性直流配电系统建设才刚刚起步，为何要建设柔性直流配电系统呢?

“在电源侧，新能源的大规模接入给电力系统稳定和能源安全带来了新挑战。在负荷侧，随着分布式电源及储能装置、电动汽车、充电桩、数据中心、直流家电等直流设备的大规模接入，传统交流配电系统也同样正面临着电源类型多样化、负荷需求多元化等一系列复杂问题，电力系统“源-网-荷-储”各部分电力电子化程度不断加深，柔性配电会使得电力调度变的更灵活，柔性配电技术将会成为新型配电网生态的一个重要支撑。”西安西电电力电子有限公司执行董事娄彦涛如是说。

据了解，与交流配电相比，柔性直流配电在新能源接纳方面灵活性更强，可以有效地控制电能传输，隔离电网故障，优化电网潮流分布、增强电网稳定性、提升电网的智能化和可控性。

2018年8月全国首个智能柔性直流配电网示范工程——杭州江东新城智能柔性直流配电网工程在浙江杭州江东新城顺利通过试运行考验，经功能升级后正式投入运行。该工程可采用直流供电模式，工程额定电压±10千伏，总换流容量3万千瓦。在不影响电网电能质量的情况下，可为10千米外用户提供供电服务，实现了配电网从传统放射型向多端互联网络转变，可在百毫秒内快速隔离系统故障并恢复正常运行，极大优化了杭州电网的供电能力。

近年来，类似的柔性配电试点已经在我国多个地区有相关案例落地实施。

国家能源局局长章建华2021年在接受媒体采访时曾提出，要加快新型电力系统关键技术研发应用。加快柔性直流输配电、新能源主动支撑、大规模储能电站、新型电力系统仿真和调度运行等技术的研发、示范和推广应用，形成与我国能源低碳转型发展相适应的新型电力系统关键技术体系。

据悉，我国直流配电技术的研究尚在起步阶段，但发展迅速，在电压等级方面已经建立了相关国家标准、团体标准，明确了电压等级的范围、电压等级的划分等问题，国家层面也将直流配电列入了重点科研计划中。

电力行业的电力电子化趋势已经非常明显了！西安西电电力电子有限公司执行董事娄彦涛认为以新能源为主体的新型电力系统，给电力电子技术带来了巨大的发展空间。“现有的传统并网方式还存在损耗高，占地大等一些问题，西安西电电力电子有限公司提出基于全国产化IGCT-Plus器件为核心的新型构网型高压级联电力电子装备，通过电力电子级联的方式，具有电压支撑和主动惯量支持特性，维持电力系统稳定性。同时与跟网型设备相比在占地面积、建设周期和设备运维等方面都有较大的优势，是未来电力电子装备发展的重大趋势，具有广阔发展与应用前景。”

勇立改革创新潮头 支撑新型电力系统建设

为更好的推动我国电力电子事业的蓬勃发展，助力以新能源为主体的新型电力系统建设，为中国电力事业提供自主可控的电力产品，西安西电电力电子有限公司于2022年9月17日在西安揭牌成立。公司以“深耕电力电子技术新领域，开创零碳柔性配电新生态”为使命，核心业务覆盖多场景电力电子变流器、交直流混合配网解决方案、先进储能并网解决方案、电能质量监测与治理解决方案以及第三代半导体功率器件封测技术研发。

据悉，公司将打造以智能化电力电子设备为主体的全面电能质量治理体系；打造以能量路由器为核心的绿色、低碳多端互联柔性微电网等解决方案；着力打造以高压级联直挂变流为核心的储能系统解决方案；积极探索突破以碳化硅为主的第三代半导体功率模块研发，垂直化延伸电力电子产业链发展等，以加强电力电子基础研究和应用基础研究，超前布局前沿技术和颠覆性技术，加强原创技术供给，充分发挥大国重器“顶梁柱”的作用，夯实央企责任。

西安西电电力电子有限公司执行董事娄彦涛表示，中国西电在电力电子行业有着深厚的积淀，从设计制造到产业链布局都有着先发优势。西安西电电力电子有限公司的成立将继续承担起央企责任与使命，致力于融合智能化技术和先进电力电子技术。除关注解决大规模新能源并网消纳问题外，公司还将全力打造新型柔性配电网尖刀产品和解决方案，如百兆瓦的级联式直挂储能、构网型电力电子变流器等，为零碳柔性配电新生态贡献西电智慧，为中国西电集团实现成为世界一流智慧电气系统解决方案服务商的目标提供强力支撑。

面对新形势新目标，未来，西电电力电子有限公司将承载着央企的使命与责任，在新型电力系统的道路上不断开拓创新，力争在高比例新能源接入、电网大范围优化调配、能源电力低碳转型等方面取得进一步突破，建立完全自主可控的电力电子技术装备体系，全力支撑新型电力系统建设，助力国家“双碳”目标实现。

来源：北极星电力网 作者：kung