如何精准计算“新型电力系统构网变流器的容量需求”-北极星输配电网

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随着新能源占比的不断攀升，“双高”电力系统面临诸多问题，如新能源占比日益增高导致的系统惯量下降、新能源接入带来的强不确定性以及高度电力电子化带来的稳定机理变化等问题。针对上述问题国际惯用的解决思路是“新能源及电力电子设备发展导致的问题由电力电子设备来解决”，因此在传统跟网型（Grid Following，GFL）控制基础上提出构网型（Grid Forming，GFM）控制，利用电力电子设备控制的灵活性来模拟传统同步式电源，构造电压源特性，从而解决传统跟网控制策略不能提供惯量支撑、一次调频以及不能结合系统需求自主调节出力的缺陷。

构网装备在全球范围内仍处于发展初期，各地项目快速涌现，许多头部企业如阳光电源、华为、南瑞继保和思源清能已经陆续推出构网技术方案。值得一提的是，思源清能早在2020年就开始研究构网技术，并在2023年初发布了构网技术平台。今年以来，该公司已在西藏、河北和广东等地应用构网型项目，显示出其对电力系统发展趋势的深刻理解。目前大量研究都是从电压支撑和短路比提升角度分析了构网需求，鲜见从有功支撑和电力平衡角度来分析的。通过与思源清能副总工程师黄磊交流，从电力平衡和频率安全的角度出发，提出了一种估算同一交流电网中构网设备容量需求的方法。该方法综合考虑了系统中的惯量约束、同步式电源的调峰约束以及变流器自身的电力平衡约束，从而可以更准确地评估系统对构网变流器容量的需求。

惯量约束

新型电力系统中清洁能源占比日益提高，为保证新能源的消纳，不得不削减以传统同步式机组发电为主的火电及水电。而常规以跟网控制策略为主的风机、光伏等新能源与传统机组不同，新能源设备惯量很小，缺乏频率调节能力，两者叠加将导致新型电力系统整体惯量下降。

当系统发生大的扰动，如失去一条重要的交流输电线路或直流输电线路时，随着常规机组占比的减少，一次调频及负荷调节效应能够抵消的不平衡功率将减小，同时由于系统整体惯量的下降，导致的频率变化率（Rate of Change of Frequency，RoCoF）变大，进而造成系统频率偏差Δf变大，上述现象将可能触发低周减载，导致连锁事故，引发电力系统安全稳定运行问题。

结合上述问题分析，系统需满足最小整体惯量需求T_j：

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同步式电源的调峰约束

与常规发电方式相比，以风电出力为代表的新能源，其有功出力呈现随机性、间歇性、和不可控性；光伏出力相比风电出力波动性虽小，但其出力呈现季节特性。总体来说以光伏、风电为代表的清洁能源，出力波动性大，呈现不可调度特性，其出力大发时刻与负荷高低谷呈现错位。这一特点决定了风电、光伏并网运行时，必须由常规电源为其有功出力提供补偿，以保证对负荷安全可靠的供电。

当新能源大发时刻，为满足电力系统出力平衡，系统中同步式机组的调峰能力必须能够保证新能源出力的消纳。即：

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