國家風光儲輸示范電站
何為虛擬同步機技術？簡言之，該技術能使新能源機組由“我行我素”的“自轉”變為“協調統一”的“公轉”，主動支撐電網頻率、電壓波動，有力保障電網安全穩定運行。
在風光儲輸示范電站，由理論一步步變為現實的虛擬同步機技術正在使冀北地區豐富而“任性”的清潔電力更加適應“訓練有素”的電網陣營。
此次投運的電站式虛擬同步機采用電壓控制型虛擬同步機技術，具備自動有功調頻、無功調壓、削峰填谷和黑啟動等綜合功能。電站式虛擬同步機的建成投運標志著我國虛擬同步機主要技術方案在光伏、風電和電站式三大類型上實現全覆蓋。
據冀北電力公司相關負責人介紹，虛擬同步機技術通過將同步機的機電暫態方程引入電力電子設備控制環節，使新能源能夠自適應地參與系統的頻率和電壓調節，同時具備阻尼系統振蕩的功能，可使新能源發電的特性最大限度接近常規火電。
虛擬同步機技術自1997年提出以來，英國、美國、德國、荷蘭等新能源大國都在努力攻關。世界同行研究20年未果，中國首先實現突破。2016年，國家電網公司開展電網前瞻技術研究，依托國家風光儲輸示范工程，啟動新能源虛擬同步機示范工程建設。國網冀北電力公司協同中國電科院、許繼集團、南瑞集團等單位開展了關鍵技術攻關和裝備研制，最終攻破技術難關，全面掌握了虛擬同步機核心技術，為大規模新能源友好并網提供了新的技術手段。
據悉，此前，虛擬同步機技術的研究主要停留在理論和微電網應用層面，此次國網建成世界首個具備虛擬同步機功能的新能源電站，研制大容量新能源虛擬同步機，填補了虛擬同步機技術在大電網應用方面的空白。截至目前，國網公司已成功研制了光伏、風電、電站式三類虛擬同步機裝置，主要技術指標均達到預期要求。其中，世界首套500千瓦光伏虛擬同步機已于2016年12月全部建成投運。采用增加超級電容、磷酸鐵鋰電池兩種技術路線，研發了光伏發電最大功率跟蹤與虛擬同步機協調控制系統，使光伏發電單元具備了慣量支撐、一次調頻和主動電壓調節等功能。世界首套2兆瓦風電虛擬同步機于2017年11月全部建成投運，基于原控制系統，通過增加控制環節、優化控制策略，采用預留備用、風機轉動慣量兩種調頻支撐技術路線，使風機能夠主動感知并適應電力系統運行變化，具備自動有功調頻、無功調壓、阻尼系統振蕩等能力。
此外，在實體工程建設過程中，國家電網還探索建立了虛擬同步機裝備試驗檢測體系，全面驗證了虛擬同步機的性能并提出了應用推廣建議。按照“先示范、后推廣”原則，在后續推廣階段，將在示范工程改造經驗的基礎上，對國家風光儲輸示范電站內剩余117臺各型風機進行虛擬同步機改造，總容量達到317.5兆瓦。
截至2017年11月，我國風電裝機容量約達1.82億千瓦，光伏裝機容量達1.26億千瓦，規模均居世界第一。新能源已成為17個省級電網的第二大電源，其中冀北、甘肅、寧夏等省級電網新能源裝機占比已超過40%，大規模、高比例新能源將成為我國新一代電力系統的重要特征。統計數據顯示，我國冀北區域新能源裝機容量1474.81萬千瓦，統調裝機占比達到53.09%，是我國第一個新能源裝機占比超過50%的省級電網。預計到2030年，張家口可再生能源示范區內風電、光伏和光熱裝機將分別達2000萬、2400萬和600萬千瓦。
“正如一個孩子小的時候，我們都關心他的成長，不太強調他的責任。但是當他長大以后，我們會越來越強調他的責任。我國新能源快速發展，現已到了需要關注其責任的時候。”中國電力科學研究院院長、中國工程院院士郭劍波表示，虛擬同步機技術正是讓新能源“擔起責任”的方法。
楊晉柏表示：“電力系統的安全、可靠、經濟運行，既依賴于電網技術、裝備的提升，又依賴于各類并網電源協同發揮各自的支撐作用。虛擬同步機技術可使新能源發電技術更加智能，實現清潔能源友好并網，將有效促進能源轉型，為新能源大規模發電奠定基礎。”
