首個負荷虛擬同步充電樁試運行成功

前言：負荷虛擬同步技術(shù)應用于電動汽車充電樁時，還可幫助解決充電汽車大規(guī)模接入引發(fā)的供電能力不足、電壓波動大、無功不平衡、系統(tǒng)慣量不夠等問題。具備虛擬同步機特性的汽車充電樁預期可實現(xiàn)的主要功能改進有：充電樁接受電網(wǎng)的控制，能夠按照電網(wǎng)下達的負荷曲用電，適應大負荷下電網(wǎng)的集中控制和有序用電；可發(fā)揮汽車蓄電池的儲能作用，具備雙向傳輸電能功能；具備無功、電壓的自主調(diào)節(jié)功能，參與解決配電網(wǎng)易發(fā)生的電壓波動問題。

近日，我國首個具備負荷虛擬同步功能的充電樁在江蘇泰州試運行成功，標志著負荷虛擬同步機技術(shù)已初步達到工程化應用水平。該技術(shù)能促進負荷與電網(wǎng)充分有效互動，助力改善電網(wǎng)頻率、電壓穩(wěn)定性和系統(tǒng)安全性。目前，“負荷虛擬同步機在配電網(wǎng)中的應用研究”已列為國家電網(wǎng)有限公司重點科技項目。

近日，在中國泰州醫(yī)藥城公交汽車充電站，江蘇泰州供電公司工作人員正將電動汽車接入具備負荷虛擬同步功能的充電樁，并選擇在虛擬同步模式下充電，隨即進入正常充電狀態(tài)。

通過儀表值可以看出，與傳統(tǒng)充電樁相比，新型充電樁的無功功率會隨電壓波動變化。對此，泰州供電公司配電運行工程師蔣中軍介紹：“這種無功功率隨電壓波動自主調(diào)整，就是自動保持電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定，也就是負荷虛擬同步功能成功實現(xiàn)的具體體現(xiàn)。”

適應電網(wǎng)功能形態(tài)的轉(zhuǎn)變趨勢

2017年，±800千伏錫盟�C泰州特高壓直流輸電工程投運，為江蘇提供了新的強大電力支撐。特高壓技術(shù)的發(fā)展有效解決了大功率、遠距離輸電的難題，讓負荷中心的用電需求得到滿足，用電可靠性進一步增強。與此同時，大容量電能一路跋山涉水而來，也帶來了供電保障方面的新挑戰(zhàn)。比如，特高壓輸電線路一旦發(fā)生故障，將會引起受端電網(wǎng)短時間內(nèi)供電不足，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來巨大的挑戰(zhàn)，也提出了更高的要求。

據(jù)專家介紹，當前我國電網(wǎng)已經(jīng)成為多種類型能源匯集的平臺，電網(wǎng)功能形態(tài)正向著發(fā)電更靈活、輸配電更彈性、負荷更具互動性和活躍性的方向發(fā)展，不僅對清潔能源、可控負荷的靈活接入技術(shù)要求不斷提高，而且僅從輸電線路一側(cè)解決系統(tǒng)穩(wěn)定的問題是遠遠不夠的，電源端和負荷端都應擔負起維護系統(tǒng)穩(wěn)定的責任。面對這些趨勢，加快適應新需求的技術(shù)研究迫在眉睫。負荷虛擬同步技術(shù)裝置在泰州掛網(wǎng)運行，就是諸多研究中的一種新嘗試。

該裝置依據(jù)的原理是，傳統(tǒng)電網(wǎng)中的同步發(fā)電機和電動機（用電器），都能在電網(wǎng)電壓、頻率、有功、無功異常情況下做出相應的響應，以應對電網(wǎng)的動態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定運行。也就是說，傳統(tǒng)同步發(fā)電機、電動機（用電器）與電網(wǎng)之間存在一個“同步”融合機制。對充電樁、空調(diào)等可控的電力電子用電設備用電策略進行優(yōu)化，以虛擬出類似同步電機的“同步”機制，可控設備的用電負荷中也具有了同步機組并網(wǎng)運行時的慣性、阻尼特性、有功調(diào)頻、無功調(diào)壓等特性，進而找到以負荷與電網(wǎng)充分有效互動，改善電網(wǎng)頻率、電壓穩(wěn)定性和系統(tǒng)安全性的策略資源。

為此，依托國家電網(wǎng)有限公司“負荷虛擬同步機在配電網(wǎng)中的應用研究”科技項目，承擔相應科技項目的泰州供電公司聯(lián)合中國電力科學研究院、南瑞集團有限公司、許繼集團有限公司、東南大學等國內(nèi)一流科研單位和高等院校，共同研制出了負荷虛擬同步技術(shù)裝置，并成功在電動汽車充電樁上接入電網(wǎng)運行。

實現(xiàn)高靈敏度響應和智慧互動

在今夏高溫下接入泰州電網(wǎng)的首批虛擬同步裝置，容量為480千瓦。

“這是在大量實驗基礎上進行的產(chǎn)品掛網(wǎng)。”蔣中軍介紹，該負荷虛擬同步技術(shù)裝置無需通信和集中控制的支撐。它通過在充電樁、空調(diào)等可控的電力電子用電設備上應用負荷虛擬同步技術(shù)，實現(xiàn)高靈敏度響應和智慧互動。即通過用電設備加裝的電流互感器、電壓互感器等電網(wǎng)信息收集系統(tǒng)收集實時批量信息，進行計算并與標準值“對標”。當?shù)貐^(qū)負荷出現(xiàn)電壓暫降、頻率突變等異常情況時，應用了負荷虛擬技術(shù)的空調(diào)、汽車充電樁等設備可自主感知電力系統(tǒng)頻率、電壓等運行參數(shù)，自動快速響應，以最大20%的幅度減量用電，主動為電網(wǎng)穩(wěn)定運行作貢獻。同時，因短時間減量，空調(diào)、充電樁的使用客戶基本不會有感覺。

首批虛擬同步裝置掛網(wǎng)結(jié)果表明，作為構(gòu)建“源�C網(wǎng)�C荷”集成優(yōu)化系統(tǒng)和自主電力系統(tǒng)的關鍵技術(shù)，掛網(wǎng)運行取得了快速跟蹤技術(shù)新的突破，虛擬同步裝置的啟動時間大大縮減。同時，新的用電策略中的電磁暫態(tài)方程科學化也取得了新的突破。這兩個突破保證了在役電力電子設備快速跟蹤和自動減用目標的成功實現(xiàn)。

目前，“負荷虛擬同步機在配電網(wǎng)中的應用研究”已被列為公司重點科技項目。

該項目將通過建設以電動汽車充電樁（站）、變頻電機、空調(diào)、LED照明、計算機服務器等為代表的多元化負荷虛擬同步機標準接口示范工程，實現(xiàn)用電負荷對電網(wǎng)的靈動感知和智慧響應，降低負荷在電壓暫降、頻率突變等異常情況出現(xiàn)時對電網(wǎng)帶來的沖擊，為促進“源�C網(wǎng)�C荷”友好互動，促進負荷虛擬同步機技術(shù)在多元負荷中大規(guī)模推廣應用，探索涵蓋需求側(cè)管理和節(jié)能服務的電網(wǎng)與產(chǎn)業(yè)整合商業(yè)運營模式等提供技術(shù)支撐。

規(guī)模應用可支撐新能源大量接入條件下的電網(wǎng)安全

今夏，江蘇電網(wǎng)調(diào)度最高用電負荷達10262.9萬千瓦。其中，約4100萬千瓦為空調(diào)負荷，空調(diào)負荷約占最高負荷的40%。

“如果在空調(diào)上普及應用負荷虛擬同步技術(shù)，按平均發(fā)揮10%作用算，可達410萬千瓦容量。按目前電網(wǎng)運行有一定容量的發(fā)電機組在網(wǎng)旋轉(zhuǎn)，以備電網(wǎng)突出負荷變動時隨時投入電網(wǎng)發(fā)電的旋轉(zhuǎn)備用的必須算，如果應用負荷虛擬同步技術(shù)的410萬千瓦容量空調(diào)隨電網(wǎng)需要而動，電網(wǎng)系統(tǒng)就可以減少發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)備用容量410萬千瓦，相當于配置了能隨時啟動4臺100萬千瓦大型電廠備用。”泰州供電公司副總工程師賈俊介紹，“在企業(yè)和居民生活中，大功率掛網(wǎng)運行的設備中，用電呈快速發(fā)展趨勢的還有電動汽車充電樁。”

按照近日中關村創(chuàng)藍清潔空氣產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在京發(fā)布的《2030清潔空氣市場展望報告》，到2030年，我國新能源乘用車銷量將突破1300萬輛，新能源乘用車保有量接近7000萬輛。新能源汽車的銷售比例2030年要達到40%以上。新能源汽車要逐步成為市場主流，汽車產(chǎn)業(yè)初步實現(xiàn)電動化轉(zhuǎn)型。充電服務對應的市場空間預計為5100億元。采用虛擬同步技術(shù)的電動汽車充電樁，可挖掘容量更為巨大，并且應用前景廣闊。

因此，國網(wǎng)科技部對這一技術(shù)應用項目高度重視，將其作為2030年前充電汽車大規(guī)模應用給電網(wǎng)帶來影響的應對措施。國網(wǎng)科技部組織了中期推進會，督導項目進展。目前，該項目已列入公司2018年十大創(chuàng)新范工程之一，計劃于年底前完成。

研究成果還表明，負荷虛擬同步技術(shù)應用于電動汽車充電樁時，還可幫助解決充電汽車大規(guī)模接入引發(fā)的供電能力不足、電壓波動大、無功不平衡、系統(tǒng)慣量不夠等問題。具備虛擬同步機特性的汽車充電樁預期可實現(xiàn)的主要功能改進有：充電樁接受電網(wǎng)的控制，能夠按照電網(wǎng)下達的負荷曲用電，適應大負荷下電網(wǎng)的集中控制和有序用電；可發(fā)揮汽車蓄電池的儲能作用，具備雙向傳輸電能功能；具備無功、電壓的自主調(diào)節(jié)功能，參與解決配電網(wǎng)易發(fā)生的電壓波動問題。

中國電科院的呂志鵬博士介紹，目前中國電科院等正將這一技術(shù)應用起草為相關電氣設備生產(chǎn)的行業(yè)標準，進而推動其進入國家相關電氣設備標準。在電氣設備上應用虛擬同步技術(shù)，可為電網(wǎng)短時間缺電提供調(diào)節(jié)備用，而該技術(shù)的自主跟蹤視情自動減量用電技術(shù)的應用，不但是特高壓電網(wǎng)時代電網(wǎng)安全的一個重要支撐，對間隙性特征明顯的新能源大量接入條件下的電網(wǎng)安全和經(jīng)濟運行也具有重要意義。