科普丨什么是构网型风电机组？

随着新能源在系统中的渗透率不断提高，电网“双高”、“双新”、“双峰”的特征进一步凸显，安全风险增加。为满足能源绿色转型和电力安全供应的双重要求，新能源必须承担起更多系统责任，从“被动适应”转变到“主动支撑和自主运行”，确保并网友好。

构网型新能源发电技术是提升电网支撑能力的重要手段，在国内外正加速开发，构网型风机现场测试项目已进入场站系统级示范阶段。

定义

构网型风机又名电压源型风机，其控制逻辑进行了根本性改变，通过模拟同步发电机组转子运动方程，对外呈现电压源控制和自同步电网特性，直接控制其输出电压幅值和相位，能支撑电网频率及电压稳定，并对系统提供惯量及阻尼支撑，具备孤岛运行能力，适用于强度弱、惯量低的高比例新能源电力系统。

构网型风机可以独立构建电网，能够在并网和单独运行两种方式中灵活切换。简单来说，跟网型风机就像火车厢，具备载客能力，只能通过火车头进行牵引运行。构网型风机则像动车车厢，每一节车厢都有动力系统，可以独立载客运行，也可以与其它动车车厢、火车厢组合载客运行。当火车拉载的车厢越来越多时，为保障列车正常运行，就需要提高动力源的占比。综合分析，构网型风机产品技术、成本优势均相当明显，可解决未来新型电力系统所面临的挑战，行业具有广袤发展和应用前景。

（资料图：电气风电）

技术特征

从技术特性分析，构网型并网控制技术受控于电压源，可控制输出电压（包括幅值和相角），依靠功率同步环模拟同步机机电暂态完成并网。因此，应用该项并网技术的风力发电机，即构网型风机，又可称为电压源型风机。该种风机可通过模拟同步发电机组转子运动方程，对外呈现电压源控制和自同步电网特性，直接控制其输出电压幅值和相位，能支撑电网频率及电压稳定，并对系统提供惯量及阻尼支撑。

跟网型风机采用锁相环跟踪其交流母线电压的相位角从而保持与电网同步，呈现电流源特征，依赖于电网，必须并网运行，自身无法提供电压和频率支持，无法实现自治组网，适用于以同步机为主导的强电网环境，不能孤岛运行。

而构网型风机的控制逻辑已发生了根本性改变，具备孤岛运行能力，可以独立构建电网，能够在并网和单独运行两种方式中灵活切换，适用于强度弱、惯量低的高比例新能源电力系统。

特点

1. 结构简单：构网型风电机组采用模块化结构，组装和拆卸方便，具有结构简单的特点，大幅降低了维护成本。

2. 风能利用率高：该风机的风轮可以360度旋转，机组可以根据风向的变化自动调整位置，全方位地收集风能，使得发电效率更高。

3. 可靠性高：该风机的构造简单、维护方便，所有的部件都经过精心设计和测试，拥有高可靠性，减少了故障率，提高了运行稳定性。

优势

1.适应性强：构网型风电机组可以适应不同的地理环境和气候条件，无论是平原、山地还是海边，都可以运转正常。

2.提高发电效率：构网型风机采用网状结构，增加了风轮叶片的表面积，从而提高了风能的转化效率。与传统风机相比，构网型风机可以进一步提高发电效率，从而更有效地利用可再生能源。

3.降低能源成本：构网型风机采用简单结构，减少了所需材料和制造成本。同时，由于温和的风速和低噪音，构网型风机可以在城市和居民区域内安装，减少了能源输送损失和跨越的成本。

4.运维成本低：该风机结构简单、易于维护，维护成本低，有效地减轻了运维压力。

5.环保节能：风能是一种清洁的可再生能源，构网型风电机组的使用可减少化石能源的消耗，降低空气污染，保护环境，实现可持续发展。

6.推动可持续发展：构网型风机是一种适合在城市和乡村环境下利用的新型风能设备。它可以为当地居民提供清洁、安全、可靠的能源，有助于推动可持续发展。

（资料图：明阳智能）

技术发展历程

相关支持政策

近几年来，中央及地方有关部门颁布的系列能源政策中，均重点提到要集中优势力量精准攻克构网型风机、500kV电压等级超高压直流海缆/低频高压送出系统、大功率（15MW级以上）海上风电变流器技术等一批核心技术，在政策驱动下，构网型技术成为行业热议话题，我国构网型风机行业将迎来技术攻关研究投入爆发式增长阶段。

构网型风机测试应用项目

为了确保构网型风机测试工作顺利开展，早在2022年，国网新疆电科院新型电力系统研究所便联合金风科技有限公司成立了构网型风机测试专项小组，有序开展构网型风机测试准备工作，针对构网型风机测试内容、现存的问题，确定了“测试方案—现场实测—半实物仿真-标准制定”的技术路线，并制定了先开展单机测试，确定构网型风机涉网性能后再开展整站测试的测试计划。于2023年6月28日启动了首台构网型风机测试，为国内构网型风机应用落地奠定了基础。

随着风电企业在构网技术领域研发投入增加，行业技术不断突破升级，相关技术产品在陆上风电项目及海上风电项目的应用测试工作也加速推进，金风科技、明阳智能等构网型风机领先研究企业的研究计划正加速从理论研究阶段过渡至实验测试阶段。

构网型风机的重要性

对于电网而言，安全是第一要义，保持电网坚强稳定，避免脱网事故发生至关重要。新能源发电具备构网能力可以主动感知电网扰动，主动响应和主动支撑，规避安全风险，帮助提高本地新能源消纳能力和电网供电质量。

对于风电开发商而言，构网型风机还可以提高运维效率，减少投资成本。以大单体容量的“沙戈荒”项目为例，为确保电网安全，项目往往配备大量集中式或分布式调相机。调相机是电网的“稳定器”，但建设成本及运维费用高昂，基于性能提升的构网型机组的初始投资和运维成本较低，达到安全并网要求的同时可相应减少调相机的投资。在深远海项目和分散式项目中，构网型风电配套解决方案亦具有竞争优势。

（资料图：中车能源）

适用场景

构网型风电机组适合在城市、室内等限制空间较小的场合使用，以及需要保持视觉美观、低噪音、高效率等要求的场所。

一、城市场所

传统风力发电设备在城市中使用受到很大限制，主要是因为它们在美观和噪音控制方面无法满足城市环境的要求。而构网型风电机的外形和框架的设计使其很容易与城市建筑融为一体，同时它的噪音产生很小，不会对周围居民造成打扰。因此构网型风电机是在城市场所中使用的最佳选择。

二、室内场所

在一些封闭空间中，如工作坊、车间等，因为空间限制，传统的风力发电设备难以安装和使用。此时，构网型风电机可以发挥它的优势。它小巧、高效、声音低，非常适合在室内场所使用。此外，它的外形美观，可以与周围的环境相协调。而且，在室内使用，还可以起到净化空气的作用，增强环境的健康性。

三、其他场所

除了城市和室内场所，还有一些在视觉方面有更高要求的场所，如景观区、公园、动物园等。此时，传统风力发电设备因为体积大，无法灵活安装，会破坏原有的环境美观。而构网型风电机可以选择安装地点，可以满足这些场所的视觉美感要求。

综上，构网型风电机不仅可以在广阔的野外使用，而且在城市、室内等限制空间较小的场合也可以起到很好的作用，是一种非常实用的风力发电设备。

代表企业

远景能源

面对构网型技术的痛点、堵点，远景站在了比构网型部件与单机更高的维度，选择从新型电力系统角度出发，用系统定义设备，为行业提供“1+4”构网型全栈解决方案。 

“1”，即1个系统仿真设计平台，也就是全时间尺度的电气+机械仿真平台，可根据新型电力系统应用场景、发展阶段、规模结构准确定义设备特征，设计开发最佳构网型产品。

“4”，指4类构网型产品，覆盖部件、整机、场站、系统四个层级。在部件级别，远景研发了构网型风机变频器和储能变流器，掌握先进构网型算法，可实现随网和构网的无缝切换；在整机级别，远景提供并网友好型、并网支撑型、并网构网型三类构网型风机，以应对新型电力系统的不同发展阶段，同时，构网型风机具有超宽电网适应性，完美匹配弱网和强网各种场景；在场站级别，通过虚拟同步场站控制系统，可实现风电场、储能电站的类同步机特性，为新型电力系统稳定性的构建提供大容量电压源支撑；在系统级别，远景研发了高比例/纯新能源系统协调控制系统，可实现弱电网乃至离网系统的安全稳定控制、并网与离网无缝切换、风光储黑启动。在这样一套组合拳的配合下，什么场景在什么时候需要什么样的构网型技术，不仅算得清楚，更控制得明白。

（资料图：远景能源）

运达股份

运达能源科技集团股份有限公司（简称：运达股份）是浙江省大型国有上市企业，在国内最早从事新能源技术研究与产品开发，是中国新能源事业的拓荒者、创新者和领军者，曾研制出我国第一台并网型风力发电机组，至今深耕新能源已有50多年历史，是国内领先的新能源装备制造企业和综合能源服务企业。

2023年9月，运达股份在风电网源友好技术上再添重大创新成果——运达股份2.5MW构网型双馈风电机组在张家口张北县库金图风电场完成了暂/稳态特性验证与策略优化。实测结果表明，该机组具有良好的弱电网适应性与故障穿越能力。

运达股份多年来在风电机组控制技术、风电友好并网技术方面占据国际领先地位，获得了故障电压穿越、一次调频等一系列有代表性技术成果。业内专家表示，此次构网型机组弱电网及故障穿越实测成功，为构建新型电力系统提供了构网型新能源装备支撑，是新能源发电技术发展的重要里程碑，对我国风电的高质量发展、实现“双碳”减排目标具有重要意义。

（资料图：运达股份）

明阳智能

明阳自2018年起与DNV合作参与欧盟Horizon 2020基金资助的PROMOTioN项目，在荷兰KEMA 实验室的Power Flex Lab 完成了环黑启动测试，应用构网型技术获得全球首个黑启动功能证书。

2022年，明阳再次与DNV合作参与欧盟wingrid项目，进行构网型风机技术开发与构网能力测试， 并获得全球首个风机构网型功能证书。

2024年3月，明阳智能在新疆达坂城华冉风电场完成了全球最大构网型双馈风力发电机组MySE6.25-193机组相关测试验证工作。

历时两个月完成了大小短路比扰动测试、高低电压穿越测试、惯量响应测试、一次调频测试等一系列试验。其中高低电压穿越测试、穿越曲线参考国际标准进行测试，测试标准远超现有国标要求。无功电流支撑动态响应速度可达20ms以内，无功电流支撑大于3倍额定电流，动态支撑指标远高于现有从网型机组指标。同时，多专业配合解决了阻碍双馈机组应用构网型技术的重要技术壁垒-传动链振荡问题。

（资料图：明阳智能）

电气风电

2020年，电气风电开始布局构网型风机技术研究，建立模拟电网特性大系统联合仿真设计验证平台，对关键技术点进行深度论证和平台测试；2022年再次完成公司级科研项目“构网型风储一体化控制系统与关键算法研究”，平台验证与实践验证相结合；2023年，完成电气风电风力发电机组构网型功能试验大纲V3.0编制，并开始在张北风电试验基地进行构网型系统量化指标测试；2024年5月10日，电气风电在东台完成全球最大容量构网型10MW级风机下线。

整体上，电气风电此次下线的全球最大容量构网型10MW级风机，具备更快惯量响应与更快频率支撑的核心功能，以及构网/跟网无缝模式切换、黑启动、孤岛运行等功能，可以在交流电网发生波动时表现为电压源特性，能够通过系统感知主动为电网提供电压支撑，自发地快速响应频率变化，解决传统跟网型风机在弱电网下的稳定运行问题，可以满足电网强度弱、惯量低的高比例新能源发电系统需求。

（资料图：电气风电）

中车株洲所

自2022年起，中车株洲所便投身于风电机组构网型关键技术的深入探索与工程化应用，逐步构建起Bladed与RT-lab联合仿真平台，全面验证了构网型控制策略与整机控制、机械载荷的耦合特性。基于这一技术基础，中车株洲所成功完成了5.2MW及6.25MW风电机组的现场运行验证，并于2023年10月荣获国内风电行业首张构网型认证证书。

2024年，中车株洲所再次发力，正式推出了集300%强大过载能力、5%-20%风储一体化设计、黑启动及离网运行功能于一身的构网型风电机组，该机组不仅技术领先，更具备高度的灵活性和适应性，可根据不同应用场景提供多样化的综合解决方案，满足客户的多元化需求。

（资料图：中车能源）

来源综合自：百度科普、智研咨询、爱采购、运达股份及各企业微信号