世界容量最大虚拟同步机示范工程将落地张北

电力系统已经发展成为世界上最大的、最复杂的人工系统。现在，电力系统的发展面临前所未有的挑战──大量分布式能源、电动汽车、储能系统不断接入电网，使得电网从由少数大型发电站主导的集中式发电向大量相对较小的、不兼容的设备主导的分布式发电转变。智能电网是应对这一转变的产物，其关键是在常规电网的基础上引入一套通信和信息系统，从而提高电力系统的运行效率、对突发事件的应变能力以及对环境的影响，但是这又使每一个主动参与者都有可能被劫持而成为网络攻击的发起者。同时，对通信系统的过度依赖也会降低电力系统运行的可靠性。如何确保具有大量主动参与者的未来电力系统的稳定、安全、高效和可靠运行是当今世界面临的一大难题。

为解决这一大难题，国家电网公司国家级特聘专家钟庆昌潜心研究多年后于2008年发明了同步逆变器把电力电子变流器控制成为同步机，在世界上率先实现了虚拟同步机。他随后立即开始在国内宣讲虚拟同步机技术，先后做了数十场相关的学术报告，并从2012年起带领中国电力科学研究院配电研究所虚拟同步机专项项目组开展了一系列相关研究。

虚拟同步机技术使得并网逆变器能够模拟同步发电机的运行机理、有功调频以及无功调压等特性，使并网逆变器从内部运行机制和外部运行特性上可与传统同步发电机一样，能够促进风电、光伏发电上网的稳定性、安全性，防止脱网。

钟庆昌主要解决了时间滞后系统鲁棒控制(频域)的一系列基础理论问题，将电力电子变流器与同步电机从数学上等价了起来，提出了同步逆变器(虚拟同步机的一种)的思想，是虚拟同步机的主要发明人，解决了新能源接入电网和逆变器并联运行的系列关键问题，提出了基于常规同步机同步机制的下一代智能电网的架构以实现电力系统的接口统一、机理统一和全自主运行，取得了一系列原创性的研究成果。

目前，如果分布式电源脱网处于孤岛运行，并网逆变器必须转换为电压控制，难以实现无缝切换。当使用虚拟同步机技术后，无论并网还是孤岛运行，逆变器均采用同一种控制方式，无需切换，一直具有自我调节能力，因此系统更加稳定。

钟庆昌从控制与系统理论的角度出发提出了一整套完善的理论与技术把电力电子变换器控制成为虚拟同步机，从而达到电网的接口统一、机制统一和自主运行，充分展示了控制理论、电力电子和电力系统三大学科的完美融合所带来的巨大研究和商业机会。

钟庆昌自2008年发明同步逆变器以来在国内做了数十场相关的学术报告，并从2012年起带领中国电力科学研究院配电研究所虚拟同步机专项项目组开展了一系列相关研究，经过多年的努力，国家电网公司于2016年将虚拟同步机技术列入了国家电网公司“十大重点科技创新工程”，并决定在2022年冬奥会举办地张北开展世界上容量最大的虚拟同步机示范工程，涉及风机虚拟同步机435兆瓦、光伏虚拟同步机12兆瓦以及储能虚拟同步机10兆瓦。该示范工程计划在2017年底建成，将为虚拟同步机的推广和应用提供大量的数据和经验。

最近，IEEE电力电子杂志把钟庆昌的虚拟同步机技术作为封面故事向全球介绍，促进新能源的大规模应用。

虚拟同步机技术改变了原来仅由发电端调节的单向模式，实现了负荷端和发电端的双向调节模式。例如，普遍使用的空调在引入虚拟同步机技术后，就可以根据电网的电量来自动调节空调的功率。当电量不够时，空调能够自动减少用电量，帮助电网实现自动平衡。

所以，未来的电力系统在采用虚拟同步机技术后，发电设备和负荷能够通过内在的同步机制自主交互，在不需要人工调节的情况下就可以实现系统的稳定运行。对未来电力系统的发展将会更加灵活，虚拟同步机技术可以很好地解决分布式电源与电网的兼容性问题，是解决大规模分布式电源并网的有效途径。可以说，虽然未来的电力系统不能杜绝事故的发生，但可以将事故控制在一定范围内。