| 前言：負荷虛擬同步技術應用于電動汽車充電樁時，還可幫助解決充電汽車大規模接入引發的供電能力不足、電壓波動大、無功不平衡、系統慣量不夠等問題。具備虛擬同步機特性的汽車充電樁預期可實現的主要功能改進有：充電樁接受電網的控制，能夠按照電網下達的負荷曲用電，適應大負荷下電網的集中控制和有序用電；可發揮汽車蓄電池的儲能作用，具備雙向傳輸電能功能；具備無功、電壓的自主調節功能，參與解決配電網易發生的電壓波動問題。 近日，我國首個具備負荷虛擬同步功能的充電樁在江蘇泰州試運行成功，標志著負荷虛擬同步機技術已初步達到工程化應用水平。該技術能促進負荷與電網充分有效互動，助力改善電網頻率、電壓穩定性和系統安全性。目前，“負荷虛擬同步機在配電網中的應用研究”已列為國家電網有限公司重點科技項目。 近日，在中國泰州醫藥城公交汽車充電站，江蘇泰州供電公司工作人員正將電動汽車接入具備負荷虛擬同步功能的充電樁，并選擇在虛擬同步模式下充電，隨即進入正常充電狀態。 通過儀表值可以看出，與傳統充電樁相比，新型充電樁的無功功率會隨電壓波動變化。對此，泰州供電公司配電運行工程師蔣中軍介紹：“這種無功功率隨電壓波動自主調整，就是自動保持電網電壓的穩定，也就是負荷虛擬同步功能成功實現的具體體現。” 適應電網功能形態的轉變趨勢 2017年，±800千伏錫盟�C泰州特高壓直流輸電工程投運，為江蘇提供了新的強大電力支撐。特高壓技術的發展有效解決了大功率、遠距離輸電的難題，讓負荷中心的用電需求得到滿足，用電可靠性進一步增強。與此同時，大容量電能一路跋山涉水而來，也帶來了供電保障方面的新挑戰。比如，特高壓輸電線路一旦發生故障，將會引起受端電網短時間內供電不足，為電網安全穩定運行帶來巨大的挑戰，也提出了更高的要求。 據專家介紹，當前我國電網已經成為多種類型能源匯集的平臺，電網功能形態正向著發電更靈活、輸配電更彈性、負荷更具互動性和活躍性的方向發展，不僅對清潔能源、可控負荷的靈活接入技術要求不斷提高，而且僅從輸電線路一側解決系統穩定的問題是遠遠不夠的，電源端和負荷端都應擔負起維護系統穩定的責任。面對這些趨勢，加快適應新需求的技術研究迫在眉睫。負荷虛擬同步技術裝置在泰州掛網運行，就是諸多研究中的一種新嘗試。 該裝置依據的原理是，傳統電網中的同步發電機和電動機（用電器），都能在電網電壓、頻率、有功、無功異常情況下做出相應的響應，以應對電網的動態調整，實現電網穩定運行。也就是說，傳統同步發電機、電動機（用電器）與電網之間存在一個“同步”融合機制。對充電樁、空調等可控的電力電子用電設備用電策略進行優化，以虛擬出類似同步電機的“同步”機制，可控設備的用電負荷中也具有了同步機組并網運行時的慣性、阻尼特性、有功調頻、無功調壓等特性，進而找到以負荷與電網充分有效互動，改善電網頻率、電壓穩定性和系統安全性的策略資源。 為此，依托國家電網有限公司“負荷虛擬同步機在配電網中的應用研究”科技項目，承擔相應科技項目的泰州供電公司聯合中國電力科學研究院、南瑞集團有限公司、許繼集團有限公司、東南大學等國內一流科研單位和高等院校，共同研制出了負荷虛擬同步技術裝置，并成功在電動汽車充電樁上接入電網運行。 實現高靈敏度響應和智慧互動 在今夏高溫下接入泰州電網的首批虛擬同步裝置，容量為480千瓦。 “這是在大量實驗基礎上進行的產品掛網。”蔣中軍介紹，該負荷虛擬同步技術裝置無需通信和集中控制的支撐。它通過在充電樁、空調等可控的電力電子用電設備上應用負荷虛擬同步技術，實現高靈敏度響應和智慧互動。即通過用電設備加裝的電流互感器、電壓互感器等電網信息收集系統收集實時批量信息，進行計算并與標準值“對標”。當地區負荷出現電壓暫降、頻率突變等異常情況時，應用了負荷虛擬技術的空調、汽車充電樁等設備可自主感知電力系統頻率、電壓等運行參數，自動快速響應，以最大20%的幅度減量用電，主動為電網穩定運行作貢獻。同時，因短時間減量，空調、充電樁的使用客戶基本不會有感覺。 首批虛擬同步裝置掛網結果表明，作為構建“源�C網�C荷”集成優化系統和自主電力系統的關鍵技術，掛網運行取得了快速跟蹤技術新的突破，虛擬同步裝置的啟動時間大大縮減。同時，新的用電策略中的電磁暫態方程科學化也取得了新的突破。這兩個突破保證了在役電力電子設備快速跟蹤和自動減用目標的成功實現。 目前，“負荷虛擬同步機在配電網中的應用研究”已被列為公司重點科技項目。 該項目將通過建設以電動汽車充電樁（站）、變頻電機、空調、LED照明、計算機服務器等為代表的多元化負荷虛擬同步機標準接口示范工程，實現用電負荷對電網的靈動感知和智慧響應，降低負荷在電壓暫降、頻率突變等異常情況出現時對電網帶來的沖擊，為促進“源�C網�C荷”友好互動，促進負荷虛擬同步機技術在多元負荷中大規模推廣應用，探索涵蓋需求側管理和節能服務的電網與產業整合商業運營模式等提供技術支撐。 規模應用可支撐新能源大量接入條件下的電網安全 今夏，江蘇電網調度最高用電負荷達10262.9萬千瓦。其中，約4100萬千瓦為空調負荷，空調負荷約占最高負荷的40%。 “如果在空調上普及應用負荷虛擬同步技術，按平均發揮10%作用算，可達410萬千瓦容量。按目前電網運行有一定容量的發電機組在網旋轉，以備電網突出負荷變動時隨時投入電網發電的旋轉備用的必須算，如果應用負荷虛擬同步技術的410萬千瓦容量空調隨電網需要而動，電網系統就可以減少發電機組旋轉備用容量410萬千瓦，相當于配置了能隨時啟動4臺100萬千瓦大型電廠備用。”泰州供電公司副總工程師賈俊介紹，“在企業和居民生活中，大功率掛網運行的設備中，用電呈快速發展趨勢的還有電動汽車充電樁。” 按照近日中關村創藍清潔空氣產業聯盟在京發布的《2030清潔空氣市場展望報告》，到2030年，我國新能源乘用車銷量將突破1300萬輛，新能源乘用車保有量接近7000萬輛。新能源汽車的銷售比例2030年要達到40%以上。新能源汽車要逐步成為市場主流，汽車產業初步實現電動化轉型。充電服務對應的市場空間預計為5100億元。采用虛擬同步技術的電動汽車充電樁，可挖掘容量更為巨大，并且應用前景廣闊。 因此，國網科技部對這一技術應用項目高度重視，將其作為2030年前充電汽車大規模應用給電網帶來影響的應對措施。國網科技部組織了中期推進會，督導項目進展。目前，該項目已列入公司2018年十大創新范工程之一，計劃于年底前完成。 研究成果還表明，負荷虛擬同步技術應用于電動汽車充電樁時，還可幫助解決充電汽車大規模接入引發的供電能力不足、電壓波動大、無功不平衡、系統慣量不夠等問題。具備虛擬同步機特性的汽車充電樁預期可實現的主要功能改進有：充電樁接受電網的控制，能夠按照電網下達的負荷曲用電，適應大負荷下電網的集中控制和有序用電；可發揮汽車蓄電池的儲能作用，具備雙向傳輸電能功能；具備無功、電壓的自主調節功能，參與解決配電網易發生的電壓波動問題。 中國電科院的呂志鵬博士介紹，目前中國電科院等正將這一技術應用起草為相關電氣設備生產的行業標準，進而推動其進入國家相關電氣設備標準。在電氣設備上應用虛擬同步技術，可為電網短時間缺電提供調節備用，而該技術的自主跟蹤視情自動減量用電技術的應用，不但是特高壓電網時代電網安全的一個重要支撐，對間隙性特征明顯的新能源大量接入條件下的電網安全和經濟運行也具有重要意義。 （國家電網報） |
