2023年7―9月，河北建投康寶“以大代小”風電平價示范項目連續(xù)公布了風電機組設(shè)備及附屬設(shè)備、預裝式變電站設(shè)備等采購的中標結(jié)果。因20萬千瓦的總裝機容量中有3萬千瓦采用了構(gòu)網(wǎng)型風電機組，其成為首個實現(xiàn)構(gòu)網(wǎng)型機組批量商業(yè)化的項目。

2023年9月27日，國家能源局發(fā)布《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、構(gòu)網(wǎng)型光伏發(fā)電、構(gòu)網(wǎng)型儲能、新能源低頻組網(wǎng)送出等技術(shù)研發(fā)與工程示范，顯著提高新能源接入弱電網(wǎng)的電壓、頻率等穩(wěn)定支撐能力，大幅提升風電光伏大基地項目輸電通道的安全穩(wěn)定送電能力。

在2023年10月16日開幕的2023北京國際風能大會暨展覽會（CWP2023）上，有多家整機與變流器企業(yè)，推出了與構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)品或取得了認證證書，使其成為本屆CWP的技術(shù)焦點之一。

構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)已被視為未來新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定性重要技術(shù)之一，并有望實現(xiàn)風電機組從“被動適應(yīng)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃又巍彪娋W(wǎng)。

提高風電占比

在某種程度上，構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)更多著眼于解決未來以風電、光伏等新能源為主體的新型電力系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)。

我國大多數(shù)新能源富集區(qū)域均鄰近電網(wǎng)末端，新能源場站送出并網(wǎng)點短路比普遍較低，一般低到1.5~1.8仍可以穩(wěn)定運行。當短路比更低時，新能源電站的并網(wǎng)就可能存在次同步振蕩等穩(wěn)定性問題，進而引起棄風、棄光等不利于新能源消納的局面。在采用構(gòu)網(wǎng)型風電機組后，能夠在更弱的電網(wǎng)環(huán)境下實現(xiàn)新能源場站與電網(wǎng)的耦合穩(wěn)定性，并網(wǎng)點短路比技術(shù)邊界可降低到1.2，甚至是1.0，實現(xiàn)穩(wěn)定運行。因此，從技術(shù)和系統(tǒng)安全角度來看，構(gòu)網(wǎng)型機組所具備的同步電壓源外特性，使其在規(guī)模化利用后能夠大幅提高風電在電力系統(tǒng)中的占比，且充分發(fā)揮在電力系統(tǒng)中的支撐作用。

“一方面，構(gòu)網(wǎng)型機組能夠提升同等電網(wǎng)強度下可開發(fā)風電的容量；另一方面，可在同等開發(fā)條件下，降低電網(wǎng)穩(wěn)定電源所付出的代價與成本，如減少對調(diào)相機和儲能的需求?！?a target="_blank" style="text-decoration-line: none; color: rgb(21, 101, 192);">金風科技研發(fā)中心副總經(jīng)理楊志千向《風能》表示。

之所以能夠具備這樣的能力，是因為與隨網(wǎng)型機組相比，構(gòu)網(wǎng)型機組的控制邏輯發(fā)生了根本性改變。它通過模擬同步發(fā)電機組轉(zhuǎn)子運動方程，基于控制特性的映射等技術(shù)手段，對外呈現(xiàn)出電壓源控制和自同步構(gòu)網(wǎng)特性，直接控制輸出電壓幅值和相位，從而支撐電網(wǎng)頻率和電壓穩(wěn)定，并對系統(tǒng)提供慣量及阻尼支撐，具備孤島運行能力，適用于強度弱、慣量低的高比例新能源電力系統(tǒng)。

一個更易理解的比喻是，隨網(wǎng)型與構(gòu)網(wǎng)型機組的區(qū)別，如同普通火車的車廂與動車車廂的差異。普通火車車廂沒有動力系統(tǒng)，而動車車廂既可以獨立載客運行，也能夠與其他動車、火車車廂組合。當火車拉載的車廂越來越多時，就需要提高動車車廂占比，以提供動力支持。

在楊志千看來，構(gòu)網(wǎng)型風電機組的應(yīng)用范圍相當廣泛，尤其是沙戈荒、深遠海與分散式場景。對通過特高壓或柔性直流送出的沙戈荒大基地項目與深遠海項目而言，需要確保一定的系統(tǒng)安全穩(wěn)定性，讓構(gòu)網(wǎng)型機組有了用武之地。而分散式風電項目一般分布在配電網(wǎng)弱連接的區(qū)域中，同樣可以體現(xiàn)出構(gòu)網(wǎng)型機組的技術(shù)優(yōu)勢。

也就是說，構(gòu)網(wǎng)型機組在各類應(yīng)用場景中的技術(shù)本質(zhì)是相同的，但從電網(wǎng)特點上來看，大基地與深遠海風電項目體現(xiàn)為集中送出，在電源和電網(wǎng)協(xié)同上，電源影響很大。分散式電網(wǎng)較弱，變相地使電源影響也很大。一個是由于源的量大，導致源網(wǎng)變化；另一個是網(wǎng)弱，導致源網(wǎng)變化。

“不管是特高壓，還是弱電網(wǎng)，在新能源占比較高的場景中構(gòu)網(wǎng)技術(shù)都更適合。”楊志千進一步解釋，“從技術(shù)底層特征來講，只要是電源和電網(wǎng)相對強度發(fā)生變化的地方，都可以采用構(gòu)網(wǎng)型機組。”

拓展技術(shù)價值

雖然構(gòu)網(wǎng)型風電機組目前仍很難在市場中占據(jù)主流，但國內(nèi)外不少企業(yè)已經(jīng)對其進行了研發(fā)布局。據(jù)了解，維斯塔斯基于雙饋技術(shù)路線，已在英國和澳大利亞完成了構(gòu)網(wǎng)型機組的一系列場站級仿真驗證工作。我國風電企業(yè)開始將目光聚焦于構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)則是在2017年前后。當時，一些出口項目在國外遇到了高比例風電接入電網(wǎng)的挑戰(zhàn)，卻缺乏應(yīng)對措施與技術(shù)儲備。

“我們用1~2年時間完成了初步研究工作，在2019年形成整個技術(shù)構(gòu)型，到2021年提出構(gòu)網(wǎng)型機組1.0版本?！睏钪厩дf，“主要目的是將它與傳統(tǒng)技術(shù)進行對比驗證測試，確認其是否具備一定優(yōu)勢。我們初步得出結(jié)論，構(gòu)網(wǎng)型風電機組在解決傳統(tǒng)問題的同時，新的問題和挑戰(zhàn)也可以被解決和克服?！?/p>

2022―2023年，金風科技先后在北京亦莊園區(qū)進行了單機改造及示范運行，聯(lián)合甘肅電網(wǎng)和上海交通大學進行了構(gòu)網(wǎng)型機組饋線級別的示范運行，并在湖北廣水進行了整場機組的改造和示范運行。2023年4月，新疆電網(wǎng)對外宣布，攜手金風科技完成國內(nèi)首次構(gòu)網(wǎng)型風電場接入大電網(wǎng)全電磁暫態(tài)仿真研究。據(jù)了解，完成該研究的天潤木壘風電一場，是目前全國在送端直流近區(qū)接入構(gòu)網(wǎng)型機組規(guī)模最大的風電場。

“對于構(gòu)網(wǎng)型機組的研究，很多依然是以單機控制策略，包括特性的優(yōu)化，還有局域小電網(wǎng)分析為主。天潤木壘風電一場項目將場景范圍進行升級和拓展，以整個新疆電網(wǎng)為背景開展系統(tǒng)驗證，不僅僅是體現(xiàn)在單機局部性能上，還體現(xiàn)在對整片區(qū)域電網(wǎng)運行的影響上?！睏钪厩П硎?。

構(gòu)網(wǎng)型風電機組的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，在于不僅僅需實現(xiàn)其比例支撐能力、弱短路比的實用性、暫態(tài)特性等單一能力的突破，更要確保其在工程化應(yīng)用層面的平衡。

“我們已經(jīng)在天潤木壘風電一場項目上成功驗證了構(gòu)網(wǎng)型機組對區(qū)域電網(wǎng)的影響，未來將進一步拓展了解其在更大的電力系統(tǒng)場景下的系統(tǒng)價值和特點。”楊志千坦言，“同時，構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)不僅能運用在風電機組上，也可拓展至光伏、儲能、SVG等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。除了構(gòu)網(wǎng)型機組外，我們也在做構(gòu)網(wǎng)型儲能，研究構(gòu)網(wǎng)型機組與隨網(wǎng)型機組間的配合，構(gòu)網(wǎng)型儲能與普通儲能間的配合。”

場景決定成本

構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的主要價值在于支撐電網(wǎng)穩(wěn)定。這可分為幾個維度，包括頻率的穩(wěn)定、電壓的穩(wěn)定、次同步振蕩的抑制等。因此，目前整機商推出的構(gòu)網(wǎng)型機組，需要同時考量應(yīng)用場景需求與成本，并不能簡單地歸結(jié)為單一產(chǎn)品，而是一套有針對性的解決方案。

事實上，構(gòu)網(wǎng)型機組的構(gòu)網(wǎng)能力有深有淺，如果只是針對短路比適應(yīng)性的提升，那么僅需采用最基本的構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)，在機組的控制系統(tǒng)上進行提升，并不需要大的功率性硬件的升級。該類方案可用在大基地特高壓和深遠海風電等場景，一定程度上解決由于安全穩(wěn)定裕度所帶來的棄風、棄光等問題，助力消納比例的提升。因此，其不會對機組采購成本產(chǎn)生太大影響。

還有一些應(yīng)用場景，除短路比適應(yīng)性外，對頻率穩(wěn)定性、機組慣量、有功出力等提出要求，就需要為構(gòu)網(wǎng)型機組配置儲能模塊。它的成本相對更高，但仍比單獨配置其他儲能設(shè)備擁有優(yōu)勢。

“要放在具體場景下看構(gòu)網(wǎng)型機組的成本價值。并不是所有場景都需配置這種深度的構(gòu)網(wǎng)型機組。如果一定要配儲能，那就是在電網(wǎng)極弱或需要特別強頻率支撐的情況下，這種情況即使風電機組不配儲能模塊，外部也需要單獨去配儲能設(shè)備?！睏钪厩П硎尽?/p>

河北建投康?！耙源蟠　憋L電平價示范項目，所采用的正是這種被稱為PLUS版的構(gòu)網(wǎng)型機組。據(jù)公開的中標信息顯示，該項目17萬千瓦的隨網(wǎng)型風電機組中標單位報價為1720元/千瓦；3萬千瓦構(gòu)網(wǎng)型機組中標單位報價較前者高出一倍有余，達到3990元/千瓦。

據(jù)了解，該項目的構(gòu)網(wǎng)型機組成本之所以高，一是配備了儲能模塊的構(gòu)網(wǎng)型機組本身設(shè)備成本就高；二是其作為一個示范項目，分攤了一部分科研與試驗投入成本。在構(gòu)網(wǎng)型機組實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用后，仍有較大降本空間。

“一個項目到底需要配置幾臺構(gòu)網(wǎng)型機組、幾臺隨網(wǎng)型機組，必須結(jié)合實際情況來研究，并非全部采用構(gòu)網(wǎng)型機組就一定更好?！睏钪厩颉讹L能》坦承，“構(gòu)網(wǎng)型機組是解決當下和未來新能源高比例接入電網(wǎng)所面臨的挑戰(zhàn)的關(guān)鍵路徑之一，但在不同場景下的配置方案和比例還需要更多、更大規(guī)模應(yīng)用實踐的驗證?！?/p>