以新能源主動支撐技術 推動構建新型電力系統

隨著新能源的快速發展，電力系統“雙高”（高比例可再生能源、高比例電力電子設備）特征凸顯，系統的物理基礎、功能形態深刻變化，給電網安全穩定運行帶來挑戰。新能源場站需要具備主動支撐能力，擁有接近或高于同步電源的控制特性，支撐系統電壓、頻率穩定以及提供備用容量。深入分析大規模新能源接入對電網的影響，提出了新能源主動支撐技術要求，助力新能源健康有序發展，推動加快構建新型電力系統。

●大規模新能源接入影響電網安全穩定運行

近年來，新能源接入電網的規模逐年擴大。以華北電網為例，預計到今年年底新能源裝機規模約3億千瓦，2025年約4.3億千瓦。受新能源主動支撐能力不足、單機容量小、裝機數量大等因素影響，監測和控制電力系統運行情況的難度增加，給電網安全穩定運行帶來挑戰。

電力系統轉動慣量下降，頻率穩定水平降低。新能源機組呈現出弱慣性或無慣性特征，在無附加控制的情況下，新能源機組在慣量響應階段并不具備分配系統擾動功率的能力，在一次調頻階段頻率調節能力受限，電力系統頻率變化速度加快、幅度增加；在有附加控制的情況下，受新能源機組運行特性制約，慣量響應及一次調頻的上調空間有限。隨著新能源裝機接入占比增加，電網總體慣量、調頻能力降低，出現故障的風險增加。

新能源機組對電力系統電壓支撐能力不足，系統電壓穩定水平下降。新能源場站一般由無功設備提供電壓支撐，由于并網電壓等級較低，難以為500千伏及以上主網提供有效支撐。如果電力系統故障導致新能源機組進入低電壓穿越狀態，新能源機組難以提供系統急需的動態無功支撐，造成系統電壓穩定水平降低，必須通過降低系統運行效率的方式保證穩定水平。

具有“雙高”特征的電力系統動態特性復雜，功角穩定特性變化大。電力系統動態特性發生較大改變，系統同步穩定逐漸由新能源參與轉變成主導。電網出現故障后容易產生復雜的動態交互作用，可能引起傳統機組功角穩定問題、新能源機組的同步穩定問題以及系統電壓穩定問題并存的復雜情況，給電網運行控制造成困難。

電力電子設備大幅增加，寬頻振蕩問題凸顯。直流、新能源機組、無功補償設備等通過電力電子設備接入電網，這些元件之間存在多時間尺度交互。電力系統出現振蕩時，振蕩頻率呈現寬頻帶特性，寬頻振蕩發生的概率大幅增加，易引發電網失穩。寬頻振蕩的抑制、控制和阻斷面臨較大挑戰。

電力系統連鎖故障風險增加。新能源機組耐過流能力差，當電網故障引發低電壓或高電壓時都會引發換流器過流，易造成新能源機組脫網。新能源機組控制電壓能力不及傳統機組，暫態過電壓問題突出，也增加了新能源機組的脫網風險，可能引發系統頻率和電壓問題，導致連鎖故障。

●新能源場站需在多方面具備主動支撐能力

隨著新能源占比提高，同步電源占比下降，電力系統可用調節能力下降，急需研究新能源主動支撐技術，使新能源場站具備一定的頻率和電壓支撐、抑制寬頻振蕩等能力，以保證電力系統安全穩定運行。

新能源主動支撐技術需提高新能源場站同步穩定能力。新能源場站設備受到單一故障擾動后應具備保持同步的能力，避免因同步失穩引發脫網。例如，可采取功角穩定支撐技術，在規劃設計階段通過優化新能源接入系統方案，提升送出系統的功角穩定水平。

新能源主動支撐技術需使新能源場站具備調頻、調壓能力。新能源場站應具備不低于同等容量傳統機組的調頻、調壓能力。在調頻能力方面，新能源場站應具備同等容量傳統機組一次調頻能力、爬坡能力、慣量響應能力。例如可利用頻率慣量支撐技術改造風電機組控制系統，利用轉子動能實現虛擬慣量，模擬傳統發電機一次調頻特性，實現系統頻率的調節。

接入弱電網的新能源場站需具備抑制寬頻振蕩的功能。新能源場站一方面要根據寬頻振蕩評估結果，采取新能源控制參數優化等措施，主動降低寬頻振蕩風險水平；另一方面要具備附加阻尼功能，通過場站內儲能、靜止無功發生器（SVG）等設備實現寬頻振蕩抑制。

新能源場站要有足夠的短路容量支撐能力。新能源場站需具備送出95%電量的送出能力，同時滿足多場站短路比要求。例如，可采取加裝分布式調相機的方式提高新能源場站短路容量，有效提升系統強度。

新能源場站應具備故障穿越能力，更好地適應電網。光伏發電設備、儲能設備、風機需具備不低于各項標準要求的故障穿越能力，必要時采用零電壓穿越技術，滿足電力系統安全穩定要求。在系統發生嚴重短路故障場景下，新能源場站實現不脫網持續運行的時間要滿足系統安全穩定運行要求。例如，雙饋風機可采取直流側附加泄能支路等控制技術，逐步實現零電壓穿越。新能源場站內的電力電子設備應采用具有故障穿越特性的協調優化技術，統籌兼顧暫態過電壓和低電壓問題，使新能源的有功、無功功率控制具備電網友好型特征。

新能源主動支撐技術需提升新能源設備涉網性能。在提高新能源設備耐壓能力方面，采取“新能源+調相機+避雷器”組合技術，解決瞬時過電壓問題，降低電壓波幅。在提高新能源設備耐流能力方面，采取加裝撬棍電路（Crowbar）、斬波電路（Chopper）硬件保護的方式實現過流限制，通過對換流器進行零電壓穿越改造提升換流器耐流能力。

●建議將主動支撐要求納入新能源項目前期管理

今年4月24日，提出“大力提升新能源主動支撐能力。推動系統友好型電站建設，逐步實現新能源在電力供應和穩定支撐方面的可靠替代；協同推進大型新能源基地、調節支撐電源和外送通道開發建設，保障外送電力的連續性和穩定性”“研發大容量斷路器、大功率高性能電力電子器件、新能源主動支撐、大容量柔性直流輸電等提升電力系統穩定水平的電工裝備”。

結合新型電力系統建設，在新能源主動支撐技術發展方面，建議建立完備的新能源主動支撐技術要求及標準，并將相關要求及標準納入新能源項目前期管理工作，提升新能源場站的支撐能力，提高電力系統安全穩定水平。
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