南瑞发力构网型技术为新型电力系统建设注入强劲动力
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发布时间：2025-08-20 10:18:38
4月21日，在南京牛首山东侧，国网电科院（南瑞集团）企业展示厅内，技术人员正在讲解构网型技术的最新进展。这是南瑞加快关键核心技术攻关、助力提高国家能源安全和保障能力的代表成果之一。今年初，国家能源局发布“2024年度能源行业十大科学技术创新成果”，其中之一就是构网型技术。
国网电科院（南瑞集团）、国网经济技术研究院等单位研制的高电压大容量电力电子构网型技术装备，入选2024年度能源行业十大科学技术创新成果之一。该项成果建立了构网型控制特性塑造理论方法，实现了电网故障下毫秒内高倍率短路电流支撑和零延时惯量响应。
在“双碳”目标引领下，我国新能源产业高质量发展步入“快车道”。2024年，我国风电和太阳能发电合计新增装机3.6亿千瓦，占新增发电装机总容量的82.6%。在传统的电力系统中，电压源能够更好的起到支撑作用。支撑的能力来自同步发电机的火电机组、水电机组和核电机组。随着新能源电源大规模接入电网，同步发电机在电网中的占比逐步降低，送端电网新能源“送不出”、受端电网外来电“供不进”、薄弱电网频率电压“稳不住”等现象日益凸显，系统亟须补充惯量支撑能力。
构网型技术可对同步发电机的特性进行适当选取和模拟，使电力电子设备的功能类似于传统同步发电机，为电网提供惯量支撑、电压支撑。因此，这项技术在近年备受业内关注。
在南瑞研究院、技术方案中心，技术人员们把构网型技术攻关和方案打造作为重点工作之一。
近年来，国家和地方层面出台了多项推动构网型技术应用的政策。国网电科院（南瑞集团）在国家863计划、国家重点研发计划、国家电网公司重点科技项目等支持下，经过12年持续攻坚，以系统技术引领装备研发，提出了构网型装备特性塑造理论方法，实现了零延时惯量响应与电网故障下毫秒内高倍率短路电流支撑，创制了高电压大容量体系化构网型技术装备。
“构网型控制与同步机电磁感应机理不同，同步机电磁感应是基于物理层面的电磁耦合，这种耦合是瞬间发生的。而构网型控制则是通过电力电子装置来实现对电网的控制，一定要通过一系列的控制算法和信号处理来调节输出。怎么来实现零延时惯量响应和电压控制，是构网型技术探讨研究需要突破的第一个任务。”
据国网电科院（南瑞集团）研究院（全重实验室）副院长王伟介绍，针对测量和计算环节影响控制延时的难题，国网电科院（南瑞集团）研究团队构造出类似电磁感应机理的虚拟耦合电路，直接控制变流器输出电压幅值。同时利用电气角速度超前反应频率变化的物理机理，实现无延时控制变流器输出电压相位。
“简单来说，电气角速度就像一个敏锐的‘侦察兵’，能够提前感知频率的变化,快速调整变流器的输出电压相位，实现了几乎无延时的控制。”王伟说。
基于以上研究成果，国网电科院（南瑞集团）成功研制35kV/50MVar电网侧带超容构网型调相机，与传统旋转式同步调相机相比，电压控制响应时间小于1毫秒，瞬时电流响应速度提升1.6倍，惯量时间常数由小于5秒拓宽至20秒，惯量响应时间较国际上最快的5毫秒缩短至1毫秒以内。基于该成果研制出的构网型储能变流器，在上百台并联运行的情况下，可实现秒级同步黑启动，有功响应速度较同步机快150倍以上，故障时无延时输出3倍短路电流，故障后毫秒级电压恢复，经中国电机工程学会鉴定达到国际领先水平。
在电网故障情况下，构网型装备需要可提供高倍率的短路电流以帮助系统恢复稳定。然而，提升高倍率短路电流面临装备接入电网阻抗大和储能系统容量限制等技术挑战。
针对电网故障下构网型装备高倍率短路电流提升难题，国网电科院（南瑞集团）研究团队成功实现关键技术突破。在减小接入电网阻抗方面，团队提出基于MMC的高压直挂低阻抗设计技术，将等效阻抗从15.6%降低至10%以内。为实现能量快速补给，团队首创多串级联补能阀塔高压直流直挂可插拔拓扑技术，使各储能模块像积木一样灵活插拔连接，实现快速组装和维护。攻克极低比例半桥混合降压控制技术，根据实际的需求精准调整电压。这些成果集成应用后，成功实现了毫秒百兆瓦级直流侧能量补给。
依托相关研究成果，国网电科院（南瑞集团）研制了66千伏构网型SVG，开展世界首次500千伏主干网架人工接地短路试验，短路故障及恢复过程中，最大输出电流过载倍数大于7倍，交流系统电压在20毫秒内恢复至额定值的90%，动态性能达到国际领先。
在海拔4000多米的西藏市110千伏当雄变电站、日喀则市220千伏萨嘎变电站，国网电科院（南瑞集团）支撑建设的我国首套电网侧带超容构网型SVG项目，为当地提升共约3万千瓦供电能力和约2.9万千瓦新能源接纳能力。在张北柔性直流电网重大示范工程中，国网电科院（南瑞集团）应用构网型柔直装备解决了大规模孤岛新能源送出技术难题，提出了大规模新能源消纳的“中国方案”。此外，该技术已延伸至工业园区、海岛微网等场景，形成“源网储直”协同控制解决方案。
针对构网型装备结构差异大，适应多电压层级电网、多应用场景需求难的现状，国网电科院（南瑞集团）提出了构网型装备特性塑造方法，突破了超级电容多级容错充电、超级电容在线投退以及超高海拔应用等关键技术，构建了源网储直构网型装备体系。
“构网型技术不是单一装备技术创新，而是一项系统性工程。近年来，国网电科院（南瑞集团）对构网型技术控制策略不断进行探索和实践。在此过程中，我们对构网型技术功能定位的认识也在不断深化。”王伟说。
2024年12月，国网电科院（南瑞集团）基于长期以来对构网型技术的探索与实践，发布《构网型技术白皮书2024》，介绍了构网型技术及其在新能源电力系统中的应用。
据《白皮书》显示，截至目前，国网电科院（南瑞集团）构网型装备已覆盖构网型静止无功发生器、静止同步调相机，低压组串式、集中式、高压直挂式储能，构网型风电变流器，构网型光伏逆变器，构网型柔直等5大子产品线个产品系列。这些装备可提供从IGBT元器件、装备到系统解决方案，具备从研发设计、生产制造、测试验证、系统集成和工程服务的完整产业链。相关这类的产品已成功应用于福建霞浦柔直、西藏电力保供专项等重大工程，并推广至德国BorWin6海上风电等海外工程，为西部沙戈荒、藏东南大规模清洁能源开发奠定有力基础。
构网型技术的“加持”，为送端电网促消纳、受端电网强支撑、薄弱电网保供电提供了新范式。但距离能源加速转型背景下电网安全稳定运行的更高支撑要求，还有相当多的难题亟待破解。当前，国网电科院（南瑞集团）正大力推动构网型技术的顶层设计、技术攻关、装备研制、应用示范和实验能力建设，在应用中逐渐完备技术、装备和标准体系建设，携手产业链伙伴，共同推进构网型技术的发展与示范应用，打造更安全、稳定、先进的构网型技术解决方案，力争为提升新能源并网消纳能力，助力新型电力系统构建和能源绿色低碳发展贡献更大力量。
国网电科院（南瑞集团）研制的全球首套构网型静止无功发生器（SVG）投入现场运行。
4月21日，在南京牛首山东侧，国网电科院（南瑞集团）企业展示厅内，技术人员正在讲解构网型技术的最新进展。这是南瑞加快关键核心技术攻关、助力提高国家能源安全和保障能力的代表成果之一。今年初，国家能源局发布“2024年度能源行业十大科学技术创新成果”，其中之一就是构网型技术。
国网电科院（南瑞集团）、国网经济技术研究院等单位研制的高电压大容量电力电子构网型技术装备，入选2024年度能源行业十大科学技术创新成果之一。该项成果建立了构网型控制特性塑造理论方法，实现了电网故障下毫秒内高倍率短路电流支撑和零延时惯量响应。
在“双碳”目标引领下，我国新能源产业高质量发展步入“快车道”。2024年，我国风电和太阳能发电合计新增装机3.6亿千瓦，占新增发电装机总容量的82.6%。在传统的电力系统中，电压源能够更好的起到支撑作用。支撑的能力来自同步发电机的火电机组、水电机组和核电机组。随着新能源电源大规模接入电网，同步发电机在电网中的占比逐步降低，送端电网新能源“送不出”、受端电网外来电“供不进”、薄弱电网频率电压“稳不住”等现象日益凸显，系统亟须补充惯量支撑能力。
构网型技术可对同步发电机的特性进行适当选取和模拟，使电力电子设备的功能类似于传统同步发电机，为电网提供惯量支撑、电压支撑。因此，这项技术在近年备受业内关注。
在南瑞研究院、技术方案中心，技术人员们把构网型技术攻关和方案打造作为重点工作之一。
近年来，国家和地方层面出台了多项推动构网型技术应用的政策。国网电科院（南瑞集团）在国家863计划、国家重点研发计划、国家电网公司重点科技项目等支持下，经过12年持续攻坚，以系统技术引领装备研发，提出了构网型装备特性塑造理论方法，实现了零延时惯量响应与电网故障下毫秒内高倍率短路电流支撑，创制了高电压大容量体系化构网型技术装备。
“构网型控制与同步机电磁感应机理不同，同步机电磁感应是基于物理层面的电磁耦合，这种耦合是瞬间发生的。而构网型控制则是通过电力电子装置来实现对电网的控制，一定要通过一系列的控制算法和信号处理来调节输出。怎么来实现零延时惯量响应和电压控制，是构网型技术探讨研究需要突破的第一个任务。”
据国网电科院（南瑞集团）研究院（全重实验室）副院长王伟介绍，针对测量和计算环节影响控制延时的难题，国网电科院（南瑞集团）研究团队构造出类似电磁感应机理的虚拟耦合电路，直接控制变流器输出电压幅值。同时利用电气角速度超前反应频率变化的物理机理，实现无延时控制变流器输出电压相位。
“简单来说，电气角速度就像一个敏锐的‘侦察兵’，能够提前感知频率的变化,快速调整变流器的输出电压相位，实现了几乎无延时的控制。”王伟说。
基于以上研究成果，国网电科院（南瑞集团）成功研制35kV/50MVar电网侧带超容构网型调相机，与传统旋转式同步调相机相比，电压控制响应时间小于1毫秒，瞬时电流响应速度提升1.6倍，惯量时间常数由小于5秒拓宽至20秒，惯量响应时间较国际上最快的5毫秒缩短至1毫秒以内。基于该成果研制出的构网型储能变流器，在上百台并联运行的情况下，可实现秒级同步黑启动，有功响应速度较同步机快150倍以上，故障时无延时输出3倍短路电流，故障后毫秒级电压恢复，经中国电机工程学会鉴定达到国际领先水平。
在电网故障情况下，构网型装备需要可提供高倍率的短路电流以帮助系统恢复稳定。然而，提升高倍率短路电流面临装备接入电网阻抗大和储能系统容量限制等技术挑战。
针对电网故障下构网型装备高倍率短路电流提升难题，国网电科院（南瑞集团）研究团队成功实现关键技术突破。在减小接入电网阻抗方面，团队提出基于MMC的高压直挂低阻抗设计技术，将等效阻抗从15.6%降低至10%以内。为实现能量快速补给，团队首创多串级联补能阀塔高压直流直挂可插拔拓扑技术，使各储能模块像积木一样灵活插拔连接，实现快速组装和维护。攻克极低比例半桥混合降压控制技术，根据实际的需求精准调整电压。这些成果集成应用后，成功实现了毫秒百兆瓦级直流侧能量补给。
依托相关研究成果，国网电科院（南瑞集团）研制了66千伏构网型SVG，开展世界首次500千伏主干网架人工接地短路试验，短路故障及恢复过程中，最大输出电流过载倍数大于7倍，交流系统电压在20毫秒内恢复至额定值的90%，动态性能达到国际领先。
在海拔4000多米的西藏市110千伏当雄变电站、日喀则市220千伏萨嘎变电站，国网电科院（南瑞集团）支撑建设的我国首套电网侧带超容构网型SVG项目，为当地提升共约3万千瓦供电能力和约2.9万千瓦新能源接纳能力。在张北柔性直流电网重大示范工程中，国网电科院（南瑞集团）应用构网型柔直装备解决了大规模孤岛新能源送出技术难题，提出了大规模新能源消纳的“中国方案”。此外，该技术已延伸至工业园区、海岛微网等场景，形成“源网储直”协同控制解决方案。
针对构网型装备结构差异大，适应多电压层级电网、多应用场景需求难的现状，国网电科院（南瑞集团）提出了构网型装备特性塑造方法，突破了超级电容多级容错充电、超级电容在线投退以及超高海拔应用等关键技术，构建了源网储直构网型装备体系。
“构网型技术不是单一装备技术创新，而是一项系统性工程。近年来，国网电科院（南瑞集团）对构网型技术控制策略不断进行探索和实践。在此过程中，我们对构网型技术功能定位的认识也在不断深化。”王伟说。
2024年12月，国网电科院（南瑞集团）基于长期以来对构网型技术的探索与实践，发布《构网型技术白皮书2024》，介绍了构网型技术及其在新能源电力系统中的应用。
据《白皮书》显示，截至目前，国网电科院（南瑞集团）构网型装备已覆盖构网型静止无功发生器、静止同步调相机，低压组串式、集中式、高压直挂式储能，构网型风电变流器，构网型光伏逆变器，构网型柔直等5大子产品线个产品系列。这些装备可提供从IGBT元器件、装备到系统解决方案，具备从研发设计、生产制造、测试验证、系统集成和工程服务的完整产业链。相关这类的产品已成功应用于福建霞浦柔直、西藏电力保供专项等重大工程，并推广至德国BorWin6海上风电等海外工程，为西部沙戈荒、藏东南大规模清洁能源开发奠定有力基础。
构网型技术的“加持”，为送端电网促消纳、受端电网强支撑、薄弱电网保供电提供了新范式。但距离能源加速转型背景下电网安全稳定运行的更高支撑要求，还有相当多的难题亟待破解。当前，国网电科院（南瑞集团）正大力推动构网型技术的顶层设计、技术攻关、装备研制、应用示范和实验能力建设，在应用中逐渐完备技术、装备和标准体系建设，携手产业链伙伴，共同推进构网型技术的发展与示范应用，打造更安全、稳定、先进的构网型技术解决方案，力争为提升新能源并网消纳能力，助力新型电力系统构建和能源绿色低碳发展贡献更大力量。
