“隨著大規(guī)模的風(fēng)能、太陽(yáng)能、電動(dòng)汽車等接入電網(wǎng)，以及能源使用效率的提高，電力系統(tǒng)正從以傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)為主轉(zhuǎn)向以新型電力電子設(shè)備為主的復(fù)雜巨系統(tǒng)。”國(guó)家“千人計(jì)劃”學(xué)者鐘慶昌教授在近日舉行的電力系統(tǒng)與電力電子技術(shù)發(fā)展研討會(huì)上指出，“如何保證這些新增的設(shè)備與電力系統(tǒng)的兼容性是目前急需解決的關(guān)鍵問題。”

　　“不能頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”

　　為應(yīng)對(duì)能源問題和環(huán)境壓力，社會(huì)對(duì)能源使用效率的要求不斷提高，以及風(fēng)能、太陽(yáng)能等分布式能源正大規(guī)模地接入電網(wǎng)，如何保證這些新接入的分布式能源與電力系統(tǒng)兼容成為當(dāng)務(wù)之急。

　　“在電力系統(tǒng)接入相量測(cè)量單元PMU可以實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，及時(shí)做出控制反應(yīng)，從而增加電網(wǎng)運(yùn)行的安全性，這也是我國(guó)沒有發(fā)生過大面積停電事故的原因之一。”鐘慶昌介紹，“但這只是一種被動(dòng)的解決辦法，治標(biāo)不治本，不能徹底解決電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。”

　　隨著分布式電源滲透率的不斷增加，未來的電力系統(tǒng)將由集中式的大電廠供電轉(zhuǎn)向分布式的小規(guī)模發(fā)電。“因此，應(yīng)該有一種途徑讓這些新接入的電氣設(shè)備能夠主動(dòng)參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，自動(dòng)維護(hù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。”鐘慶昌說。

　　2015年7月，國(guó)家發(fā)改委、能源局頒布的《關(guān)于促進(jìn)智能電網(wǎng)發(fā)展的指導(dǎo)意見》明確指出，將推廣具有即插即用、友好并網(wǎng)特點(diǎn)的并網(wǎng)設(shè)備，滿足新能源、分布式電源廣泛接入要求。“一般說來，分布式電源主要通過并網(wǎng)逆變器接入電網(wǎng)，并網(wǎng)逆變器控制策略各異，加之分布式電源輸出功率具有波動(dòng)性、不確定性等特點(diǎn)，很難實(shí)現(xiàn)其即插即用與自主協(xié)調(diào)運(yùn)行。”

　　“100多年以來，電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷變大，這主要?dú)w功于同步發(fā)電機(jī)的同步機(jī)制。如果能使并網(wǎng)逆變器具有類似同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性，那么必將大幅提升分布式發(fā)電的性能，提高分布式能源的消納能力，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。”鐘慶昌進(jìn)一步解釋。

　　“可將事故控制在一定范圍內(nèi)”

　　鐘慶昌在世界上率先研究了虛擬同步機(jī)技術(shù)，使得并網(wǎng)逆變器能夠模擬同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理、有功調(diào)頻以及無功調(diào)壓等特性，使并網(wǎng)逆變器從內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制和外部運(yùn)行特性上可與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)一樣，能夠促進(jìn)風(fēng)電、光伏發(fā)電上網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性，防止脫網(wǎng)。“目前，如果分布式電源脫網(wǎng)處于孤島運(yùn)行，并網(wǎng)逆變器必須轉(zhuǎn)換為電壓控制，難以實(shí)現(xiàn)無縫切換。當(dāng)使用虛擬同步機(jī)技術(shù)后，無論并網(wǎng)還是孤島運(yùn)行，逆變器均采用同一種控制方式，無需切換，一直具有自我調(diào)節(jié)能力，因此系統(tǒng)更加穩(wěn)定。”鐘慶昌介紹了虛擬同步機(jī)的工作原理。

　　“它改變了原來僅由發(fā)電端調(diào)節(jié)的單向模式，實(shí)現(xiàn)了負(fù)荷端和發(fā)電端的雙向調(diào)節(jié)模式。”例如，普遍使用的空調(diào)在引入虛擬同步機(jī)技術(shù)后，就可以根據(jù)電網(wǎng)的電量來自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)的功率。當(dāng)電量不夠時(shí)，空調(diào)能夠自動(dòng)減少用電量，幫助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡。

　　“所以，未來的電力系統(tǒng)在采用虛擬同步機(jī)技術(shù)后，發(fā)電設(shè)備和負(fù)荷能夠通過內(nèi)在的同步機(jī)制自主交互，在不需要人工調(diào)節(jié)的情況下就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。”鐘慶昌對(duì)未來電力系統(tǒng)的發(fā)展充滿信心，“虛擬同步機(jī)技術(shù)可以很好地解決分布式電源與電網(wǎng)的兼容性問題，是解決大規(guī)模分布式電源并網(wǎng)的有效途徑。可以說，雖然未來的電力系統(tǒng)不能控制事故的發(fā)生，但可以將事故控制在一定范圍內(nèi)。”