構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)，成為近幾年與新能源相關(guān)的各類新聞和展會的一個熱點。風電整機和部件企業(yè)紛紛加大研發(fā)力度，已有多家企業(yè)推出相關(guān)產(chǎn)品，并完成了現(xiàn)場測試。那么，當前構(gòu)網(wǎng)型風電技術(shù)的整體發(fā)展水平如何？離真正的商業(yè)化還有多遠的距離？圍繞這些問題，《風能》與陽光電源股份有限公司風能事業(yè)部（下稱“陽光風能”）副總裁吳玉楊展開了對話。
構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)，賦能新型電力系統(tǒng)建設
構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)受到關(guān)注的大背景是，隨著包括風電在內(nèi)的新能源快速發(fā)展，其在電力系統(tǒng)中的占比日益提高，尤其是在國家明確碳達峰碳中和時間表后，這個趨勢進一步提速。
吳玉楊告訴《風能》，長期以來，跟網(wǎng)型風電機組作為發(fā)電設備，支撐電網(wǎng)能力有限。在復雜電網(wǎng)下，傳統(tǒng)的風電機組電網(wǎng)適應性壓力很大。然而，隨著電力系統(tǒng)中的新能源占比越來越大，需要新能源發(fā)電設備具備較強的電網(wǎng)支撐能力，能夠主動支撐電網(wǎng)的電壓、頻率等穩(wěn)定。更嚴苛的情況是，風電作為主力電源時，風電機組需要具備構(gòu)建電網(wǎng)的能力，確保在特殊工況下維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。
“構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的價值，體現(xiàn)在風電機組并網(wǎng)場景下，電網(wǎng)出現(xiàn)擾動時，構(gòu)網(wǎng)型變流器能夠確保維持風電機組穩(wěn)定運行，起到保險的作用。在一些離網(wǎng)的場景中，風電作為主要的一次電源，構(gòu)網(wǎng)型變流器需要能夠在各種暫態(tài)過程中保證穩(wěn)定的電源特性。”他進一步解釋道。
這就要求構(gòu)網(wǎng)型風電機組必須具備提供一定短路電流、暫態(tài)主動支撐能力等，構(gòu)網(wǎng)型設備容量的提升成為顯性要求。構(gòu)網(wǎng)型風電機組在一定場景下需要能夠根據(jù)負荷側(cè)的變化，自動調(diào)節(jié)風電機組輸出的功率，以維持電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定，也就是“源隨荷動”。同時，在電網(wǎng)出現(xiàn)故障等突發(fā)情況下，構(gòu)網(wǎng)型風電機組需要通過控制策略迅速加以識別，支撐電網(wǎng)快速恢復。
憑借上述特性，構(gòu)網(wǎng)型風電機組可以廣泛應用于沙戈荒、鄉(xiāng)村分散式、工業(yè)園區(qū)、能源島等存在弱電網(wǎng)、微電網(wǎng)、離網(wǎng)等場景中。
在構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)背景下，構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)獲得了各方的高度重視。
近些年，國家陸續(xù)出臺過多個與構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)相關(guān)的政策。2023年9月27日印發(fā)的《關(guān)于組織開展可再生能源發(fā)展試點示范的通知》提出，支持構(gòu)網(wǎng)型風電技術(shù)研發(fā)與工程示范。2024年7月25日印發(fā)的《加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動方案（2024—2027年）》，將“推進構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)應用”確定為推進新型電力系統(tǒng)建設的重點行動之一。2024年10月18日印發(fā)的《關(guān)于大力實施可再生能源替代行動的指導意見》提出，推進構(gòu)網(wǎng)型新能源、長時間尺度功率預測等新技術(shù)應用；在工廠和園區(qū)開展綠色直供電試點，推進構(gòu)網(wǎng)型、孤網(wǎng)運行、自備性質(zhì)的可再生能源綜合利用工程試點。
有了政策的加持，風電企業(yè)加快實施構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)研發(fā)與示范，一批重要成果相繼問世。在2024北京國際風能大會暨展覽會（CWP 2024）上，多家風電企業(yè)展示了構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)和產(chǎn)品。
搶灘登陸，變流器企業(yè)積極儲備技術(shù)
作為風電機組的核心部件，變流器在電力轉(zhuǎn)換中扮演著關(guān)鍵角色，它也成為研發(fā)構(gòu)網(wǎng)型風電技術(shù)的關(guān)鍵一環(huán)。一些變流器企業(yè)較早便開始進行相關(guān)技術(shù)儲備，其產(chǎn)品已進入現(xiàn)場實測階段。
據(jù)吳玉楊介紹，早在2016年，陽光風能就啟動了構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的研發(fā)布局，是最早推進這項工作的風電企業(yè)之一。
“當時，我們基于對新能源產(chǎn)業(yè)及電網(wǎng)發(fā)展趨勢的研判，提前做了構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的研究，那時還沒有‘構(gòu)網(wǎng)’這么響亮的名字，本質(zhì)就是電壓源輸出，相關(guān)研發(fā)工作已經(jīng)持續(xù)了近10年。”他表示，“雖然構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)尚未實現(xiàn)批量商業(yè)化應用，但我們的想法是，未來很多的風電應用場景離不開這項技術(shù)，我們必須盡早做好技術(shù)儲備，一旦有需要，我們就有能力提供經(jīng)過充分驗證的成熟技術(shù)和產(chǎn)品。”
經(jīng)過多年積累，近幾年這家企業(yè)在構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)品應用方面不斷取得突破，2020—2021年實現(xiàn)構(gòu)網(wǎng)型變流器現(xiàn)場長期穩(wěn)定運行、主動慣量支撐等功能，2022年實現(xiàn)構(gòu)網(wǎng)型變流器并/離網(wǎng)在線切換測試，2023年完成極弱電網(wǎng)下構(gòu)網(wǎng)故障穿越測試……由此陸續(xù)完成了構(gòu)網(wǎng)型極弱電網(wǎng)支撐、故障穿越、慣量支撐等方面的現(xiàn)場實證，并配合構(gòu)網(wǎng)型風電機組開展了構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)相關(guān)標準指標的驗證。
其中，2023年5月，陽光風能配合整機企業(yè)在浙江某海上風電場完成了風電機組的孤島運行，這意味著陽光風能的變流器首次在風電機組實現(xiàn)“黑啟動”并帶載運行。測試顯示，“黑啟動”解決方案能夠顯著減少后備電源的初始投資成本，給客戶帶來明顯的經(jīng)濟效益。此外，在電網(wǎng)電力送達前，利用“黑啟動”方案可以完成風電機組調(diào)試工作，實現(xiàn)風電機組或風電場的孤島運行，提升場站調(diào)試速率，縮短風電場建設工期。
2023年9月，在河北省張家口市張北縣庫金圖風電場，國內(nèi)首臺構(gòu)網(wǎng)型雙饋風電機組通過了現(xiàn)場實測驗證。測試中，陽光電源的構(gòu)網(wǎng)型變流器表現(xiàn)優(yōu)異，依托寬范圍阻抗模擬環(huán)境，構(gòu)網(wǎng)型雙饋風電機組在強、弱、極弱等不同強度的電網(wǎng)條件下表現(xiàn)出良好的暫/穩(wěn)態(tài)控制能力，成功完成跟網(wǎng)/構(gòu)網(wǎng)模式在線切換、電網(wǎng)故障穿越、低頻振蕩抑制、暫態(tài)支撐等實證工作。
為提高新能源發(fā)電設備并網(wǎng)性能研發(fā)及測試的效率，陽光電源推出了支持構(gòu)網(wǎng)型設備測試的電網(wǎng)模擬電源，實現(xiàn)1~100MVA容量全覆蓋，380V~35kV，50Hz/60Hz電網(wǎng)全適應，可以完成風電、光伏、儲能、SVG、試驗臺等領(lǐng)域的測試，滿足電網(wǎng)適應性、故障穿越、調(diào)頻與慣量響應等測試標準要求。
產(chǎn)業(yè)協(xié)同，加快構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)商業(yè)化
吳玉楊認為，當前構(gòu)網(wǎng)型風電技術(shù)仍處于應用起步階段，要實現(xiàn)批量商業(yè)化，業(yè)界仍需在協(xié)同創(chuàng)新、完善市場機制、健全標準體系等方面做好細化工作。
研發(fā)構(gòu)網(wǎng)型風電技術(shù)，涉及從關(guān)鍵部件到整機的軟硬件調(diào)整，協(xié)同創(chuàng)新便成為必由之路。
“作為關(guān)鍵部件，無論是從硬件層面提高設備容量，還是在軟件上調(diào)整控制策略，都需要與整機企業(yè)密切配合，打通風電機組系統(tǒng)整體功能。”吳玉楊說，“陽光風能積極與各整機企業(yè)、電科院及業(yè)主等深入交流，收集構(gòu)網(wǎng)功能的具體要求，將之融入變流產(chǎn)品開發(fā)中，開展平臺化、通用性設計，讓我們的產(chǎn)品能夠與設備、電網(wǎng)及負荷端全面適配。”
配置構(gòu)網(wǎng)功能，提升電網(wǎng)支撐能力，勢必會影響變流器成本。在吳玉楊看來，在當前行業(yè)持續(xù)降本的形勢下，這部分增加的成本對風電企業(yè)和構(gòu)網(wǎng)型風電技術(shù)推廣應用造成了比較大的影響。
“研發(fā)創(chuàng)新功能，提升設備性能，都需要持續(xù)的研發(fā)投入。作為部件企業(yè)，構(gòu)網(wǎng)型變流產(chǎn)品功能的開發(fā)、測試、驗證，需要投入大量資源，產(chǎn)品價值的提升帶來了一定程度的成本增加。如何評估構(gòu)網(wǎng)型風電機組的價值，促使各相關(guān)方積極推廣應用，是當前行業(yè)需要思考的問題。”他指出。
對此，吳玉楊建議，應建立合理的市場機制，充分體現(xiàn)構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)在支撐電網(wǎng)穩(wěn)定運行方面所產(chǎn)生的價值，并在相關(guān)企業(yè)間形成合理的成本分攤機制，上下游企業(yè)協(xié)同推廣。
此外，由于各種應用場景的情況千差萬別，對于構(gòu)網(wǎng)型風電機組應當具備哪些功能，需要通過開展更深入的理論研究、仿真分析和現(xiàn)場測試來驗證支撐。
“并非所有的場景都需要構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)，構(gòu)網(wǎng)功能也不是越多越好。在某些場景中應用構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)，可能會降低效能。”吳玉楊強調(diào)，“未來，隨著應用場景日益豐富，對構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的具體要求會更加明晰，細化功能可選，針對各種應用場景中的電網(wǎng)特性進行評估，并通過標準體系將之固定下來。”
目前，陽光風能正在參與構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)標準的制定，將自身的研究和實踐積累融入其中，與業(yè)界共同明確通用技術(shù)規(guī)范、技術(shù)要求和測試規(guī)程，將技術(shù)適配至不同的應用場景，以更好地指導構(gòu)網(wǎng)型風電技術(shù)的設計、研發(fā)、測試等工作。
“當前所做的理論仿真和現(xiàn)場測試，場景相對是固定的，但在商業(yè)化應用后就不會如此理想化了，可能會出現(xiàn)各種無法預知的情況，構(gòu)網(wǎng)型風電機組的運行價值如何，仍有待接受實踐的檢驗。”吳玉楊向《風能》表示，“陽光風能愿與業(yè)界同仁分享我們的經(jīng)驗，與產(chǎn)業(yè)鏈上下游一道推動構(gòu)網(wǎng)型風電技術(shù)走向成熟，為構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)作出貢獻。”
來源：《風能》雜志，文：夏云峰
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