近幾十年特別是進(jìn)入21世紀(jì)，隨著世界各國對(duì)清潔能源發(fā)展的重視和新能源技術(shù)的快速發(fā)展，風(fēng)電、太陽能發(fā)電進(jìn)入規(guī)模化開發(fā)利用的新階段。但是，新能源的波動(dòng)性、間歇性等特點(diǎn)，以及不具備調(diào)頻、調(diào)壓等主動(dòng)支撐能力的特性，給新能源消納和電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。這一世界性難題一直橫亙?cè)诟鲊茉措娏π袠I(yè)人士的面前。

到底有沒有一種設(shè)備、一項(xiàng)技術(shù)能解決這個(gè)問題呢?答案是肯定的，有一種聽起來很艱澀的技術(shù)——虛擬同步發(fā)電機(jī)，可以較好地解決這個(gè)問題。

虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)，是一種通過模擬同步發(fā)電機(jī)組的機(jī)電暫態(tài)特性，使采用變流器的電源具有同步發(fā)電機(jī)組的慣量、阻尼、一次調(diào)頻、無功調(diào)壓等并網(wǎng)運(yùn)行外特性的技術(shù)。具備虛擬同步機(jī)功能的新能源電站，可使新能源具備與火電機(jī)組接近的外特性，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定起到支撐作用，是解決新能源發(fā)電在并網(wǎng)穩(wěn)定性方面“先天不足"問題的有效手段。“虛擬同步機(jī)技術(shù)能夠使新能源機(jī)組由‘我行我素’地‘自轉(zhuǎn)’變?yōu)閰f(xié)調(diào)統(tǒng)一地‘公轉(zhuǎn)’，主動(dòng)支撐電網(wǎng)頻率、電壓，有力保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。"中國電科院配電研究所微網(wǎng)研究室主任吳鳴說。

美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)工作組在1997年就第一次提出了虛擬同步機(jī)的概念。對(duì)于這樣的技術(shù)，發(fā)展新能源較早的西方國家自然不會(huì)放過。1997年之后的20年間，對(duì)虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)的攻關(guān)一直在持續(xù)。比利時(shí)魯汶大學(xué)、加拿大多倫多大學(xué)、英國利物浦大學(xué)相繼投入研發(fā)。但截至目前，國外仍處于理論研究與實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)(百千瓦級(jí))研制階段，尚未有工程應(yīng)用。

在西方國家全力攻關(guān)這一技術(shù)的同時(shí)，中國也瞄準(zhǔn)了這一領(lǐng)域。作為全球并網(wǎng)風(fēng)電、光伏發(fā)電最大的電網(wǎng)，中國國家電網(wǎng)迫切需要解決新能源大規(guī)模并網(wǎng)消納、保障大電網(wǎng)安全穩(wěn)定的問題。然而，這一世界難題并沒有任何經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，必須從零開始，自己摸索出一條路來。

一、功能特點(diǎn)（LYXW9000三相多功能相位伏安表操作十分方便）

三路電壓、三路電流矢量同屏顯示，對(duì)于復(fù)雜差動(dòng)保護(hù)裝置可采用雙鉗法進(jìn)行多次測(cè)量*終繪制出完整的六角圖。

采用鉗形電流互感器接線，不用斷開電流回路，安全方便。

可進(jìn)行復(fù)雜保護(hù)裝置的矢量分析，判斷接線是否正確，并給出正確的接線圖以供對(duì)比。

可進(jìn)行常規(guī)電參量測(cè)試，同時(shí)顯示三相電壓、三相電流、三相有功功率、三相視在功率、三相相位角；并可直讀折算到互感器一次側(cè)的電壓幅值、電流的幅值、功率的數(shù)值。

可進(jìn)行三相三線高壓計(jì)量裝置錯(cuò)誤接線檢查，能對(duì)三相三線48種接線進(jìn)行分析判斷，直接給出分析結(jié)果；查處惡意改變計(jì)量接線的竊電手段，有效避免電費(fèi)流失。

可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)被測(cè)信號(hào)的諧波分析，能分析出2－50次諧波的各次含量，自動(dòng)計(jì)算出總諧波失真度。

大屏幕、高亮度的彩色液晶顯示，全漢字圖形化菜單及操作提示實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)對(duì)話，硅膠觸摸按鍵使操作更舒適、手感更佳，液晶寬溫、帶亮度調(diào)節(jié)，適應(yīng)冬夏各季環(huán)境應(yīng)用。

大容量鋰電池供電，連續(xù)工作長達(dá)8小時(shí)。

用戶可隨時(shí)將測(cè)試的數(shù)據(jù)以記錄的形式保存下來，以供集中統(tǒng)一管理、備案、查閱，可存儲(chǔ)2000組以上的數(shù)據(jù)。

可將保存的記錄上傳到后臺(tái)管理計(jì)算機(jī)，進(jìn)行綜合分析，評(píng)審。

具備萬年歷、時(shí)鐘功能，實(shí)時(shí)顯示測(cè)試工作進(jìn)行的日期及時(shí)間。

體積小、重量輕，便于現(xiàn)場(chǎng)使用。

預(yù)留USB接口，可用儀器來替代優(yōu)盤等移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。

二、技術(shù)指標(biāo)（LYXW9000三相多功能相位伏安表操作十分方便）

輸入特性

電壓通道數(shù)量：3通道

電壓測(cè)量范圍：0~450V

電壓顯示位數(shù)：6位

電流通道數(shù)量：3通道

電流測(cè)量范圍：0~10A

電流顯示位數(shù)：6位

相位測(cè)量范圍：－180°～＋180°

諧波分析次數(shù)：2～50次

準(zhǔn)確度

電壓：±0.2%

電流、功率：±0.5%

相角：±2°

諧波電壓含有率測(cè)量偏差：≤0.3％

諧波電流含有率測(cè)量偏差：≤0.5％

工作溫度：－15℃~ ＋40℃

充電電源：交流160V~260V

絕緣：⑴、電壓、電流輸入端對(duì)機(jī)殼的絕緣電阻≥100M?。

⑵、工作電源輸入端對(duì)外殼之間承受工頻2KV（有效值），歷時(shí)1分鐘實(shí)驗(yàn)。

體積：250mm×160mm×60mm

重量：1.8Kg

三、結(jié)構(gòu)外觀（LYXW9000三相多功能相位伏安表操作十分方便）

（一）、外型尺寸及面板布置

儀器外形正視如圖一：

儀器正面上方是液晶顯示屏，下方是按鍵區(qū)，頂端為接線部分，包括：四個(gè)電壓輸入端子UA、UB、UC、UN；三個(gè)電流輸入接口（A相電流鉗接口Ia、B相電流鉗接口Ib、C相電流鉗接口Ic）。

儀器的外接接口在右側(cè)，（見圖二）。在后支架打開時(shí)，可露出接口部分，包括以下三部分：

232串行口（用于上傳保存的數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)）；同時(shí)還可用來更新程序；注意：本接口與電腦的連接必須用隨機(jī)配備的通訊電纜，普通串口線不適合本接口的使用。

充電器接口，用于連接充電器，當(dāng)儀器電量不足時(shí)將充電器接到此接口給儀器進(jìn)行充電。

USB接口，通過數(shù)據(jù)線可連接電腦，將儀器內(nèi)存儲(chǔ)卡做為大容量存儲(chǔ)器使用。側(cè)面圖見右側(cè)圖二。

儀器的外包裝箱外型尺寸，如圖三所示：

（二）、鍵盤操作

鍵盤共有30個(gè)鍵，分別為：開關(guān)、存儲(chǔ)、查詢、設(shè)置、切換、↑、↓、←、→、?、退出、自檢、幫助、數(shù)字1、數(shù)字2（ABC）、數(shù)字3（DEF）、數(shù)字4（GHI）、數(shù)字5（JKL）、數(shù)字6（MNO）、數(shù)字7（PQRS）、數(shù)字8（TUV）、數(shù)字9（WXYZ）、數(shù)字0、小數(shù)點(diǎn)、＃、輔助功能建F1、F2、F3、F4、F5。

各鍵功能如下：

開關(guān)鍵：用來控制儀器工作電源的開啟和關(guān)閉；使用方法是：按住此鍵２秒鐘以上，然后松開。

↑、↓、←、→鍵：光標(biāo)移動(dòng)鍵；在主菜單中用來移動(dòng)光標(biāo)，使其指向某個(gè)功能菜單，按確認(rèn)鍵即可進(jìn)入相應(yīng)的功能；在參數(shù)設(shè)置功能屏狀態(tài)下，上下鍵用來切換當(dāng)前選項(xiàng)，左、右鍵改變數(shù)值。另外，↓還可以用于顯示子目錄菜單。

?鍵：確認(rèn)鍵；在主菜單下，按此鍵顯示菜單子目錄，在子目錄下，按下此鍵即進(jìn)入被選中的功能，另外，在輸入某些參數(shù)時(shí)，此鍵確定開始輸入和結(jié)束輸入。

退出鍵：返回鍵，按下此鍵均直接返回到主菜單。

存儲(chǔ)鍵：在差動(dòng)分析功能界面下應(yīng)用，用來存儲(chǔ)測(cè)試結(jié)果為記錄的形式。

查詢鍵：用來瀏覽已存儲(chǔ)的記錄內(nèi)容。

設(shè)置鍵：保留功能，暫不用。

切換鍵：保留功能，暫不用。

自檢鍵：儀器調(diào)試過程中用來燒字庫，此功能用戶不需用。

幫助鍵：用來顯示幫助信息。

數(shù)字（字符）鍵：用來進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的輸入（可輸入數(shù)字或字符）。

小數(shù)點(diǎn)鍵：用來在設(shè)置參數(shù)時(shí)輸入小數(shù)點(diǎn)。

＃鍵：保留功能，暫不用。

F1、F2、F3、F4、F5鍵：輔助功能鍵（快捷鍵）。用來快速進(jìn)入輔助功能界面或?qū)崿F(xiàn)提示信息提示的相應(yīng)功能。

“后來而上"區(qū)區(qū)四個(gè)字，背后是無數(shù)科研和一線人員的努力和付出。國家電網(wǎng)公司能在短短五年里一舉攻克西方國家20年未能突破的技術(shù)，絕非偶然。

新能源虛擬同步機(jī)科技示范工程是攻克新能源虛擬同步機(jī)技術(shù)的關(guān)鍵。公司高度重視示范工程建設(shè)，將其列為國家電網(wǎng)公司10個(gè)科技創(chuàng)新示范工程之一。為確保工程質(zhì)量，公司科技部組織相關(guān)單位深入研究，反復(fù)論證，周密籌備，確定改造施工方案，以專業(yè)化支撐和精益化落實(shí)為保障，多維度搭建“統(tǒng)籌總攬、上下協(xié)同、分工明確"聯(lián)合工作組織體系。從一開始，公司就以明確的時(shí)間表、路線圖和任務(wù)池，集全公司之力、聚全公司之智開展研發(fā)。

這的確是一塊難啃的硬骨頭。而具體承擔(dān)研發(fā)的國網(wǎng)冀北電力協(xié)同中國電科院、許繼集團(tuán)、南瑞集團(tuán)等單位，決心協(xié)力啃下這塊硬骨頭。

幾家單位分工協(xié)作，迅速研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)和裝備。中國電科院在關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)制定和試驗(yàn)檢測(cè)等方面做了大量工作。南瑞集團(tuán)著重開展虛擬同步機(jī)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了光伏、儲(chǔ)能、風(fēng)電多領(lǐng)域虛擬同步機(jī)裝備產(chǎn)品化。許繼集團(tuán)則承擔(dān)了虛擬同步機(jī)工程中三種虛擬同步機(jī)設(shè)備的研究開發(fā)與設(shè)備供貨。

一項(xiàng)新興技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用過程中，問題總會(huì)不斷出現(xiàn)。就在2017年12月，距離新能源虛擬同步機(jī)科技示范工程啟動(dòng)的日子越來越近，許繼集團(tuán)新能源技術(shù)開發(fā)團(tuán)隊(duì)在調(diào)頻過程中遇到了一個(gè)棘手的問題：頻率波動(dòng)太大、控制精度達(dá)不到。對(duì)此，大家意見不一。有人說，這應(yīng)該是控制參數(shù)設(shè)置不合理造成的，需要優(yōu)化控制參數(shù);有人則認(rèn)為，是電網(wǎng)本身頻率波動(dòng)太大。整整三天三夜，大家都在討論這個(gè)問題。突然有人說，要不，試試增加濾波處理?順著這個(gè)思路，多次試驗(yàn)之后，問題終于得到解決。在示范工程建設(shè)過程中，這種情況很常見。各個(gè)單位的研發(fā)團(tuán)隊(duì)咬定青山不放松，攻克了一個(gè)又一個(gè)難題。

經(jīng)過艱苦努力，虛擬同步機(jī)核心技術(shù)在兩年之內(nèi)得以全面掌握：構(gòu)建了虛擬同步機(jī)應(yīng)用理論;成功研制了三類虛擬同步機(jī)裝置;建立了虛擬同步機(jī)裝備試驗(yàn)檢測(cè)體系;全面驗(yàn)證了虛擬同步機(jī)的性能;提出了虛擬同步機(jī)應(yīng)用推廣建議。

技術(shù)人員攻克了由理論到實(shí)踐的諸多難題，成功改造了現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制軟件、光伏發(fā)電的逆變器和控制系統(tǒng)。示范工程共改造59臺(tái)風(fēng)機(jī)、容量11.8萬千瓦，改造24臺(tái)500千瓦光伏逆變器、容量1.2萬千瓦，新建2套0.5萬千瓦電站式虛擬同步機(jī)。

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