近幾十年特別是進入21世紀，隨著世界各國對清潔能源發(fā)展的重視和新能源技術的快速發(fā)展，風電、太陽能發(fā)電進入規(guī)模化開發(fā)利用的新階段。但是，新能源的波動性、間歇性等特點，以及不具備調(diào)頻、調(diào)壓等主動支撐能力的特性，給新能源消納和電網(wǎng)安全運行帶來嚴峻挑戰(zhàn)。這一世界性難題一直橫亙在各國能源電力行業(yè)人士的面前。

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

虛擬同步發(fā)電機技術，是一種通過模擬同步發(fā)電機組的機電暫態(tài)特性，使采用變流器的電源具有同步發(fā)電機組的慣量、阻尼、一次調(diào)頻、無功調(diào)壓等并網(wǎng)運行外特性的技術。具備虛擬同步機功能的新能源電站，可使新能源具備與火電機組接近的外特性，對電力系統(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。“虛擬同步機技術能夠使新能源機組由‘我行我素’地‘自轉(zhuǎn)’變?yōu)閰f(xié)調(diào)統(tǒng)一地‘公轉(zhuǎn)’，主動支撐電網(wǎng)頻率、電壓，有力保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。"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(IEEE)工作組在1997年就第一次提出了虛擬同步機的概念。對于這樣的技術，發(fā)展新能源較早的西方國家自然不會放過。1997年之后的20年間，對虛擬同步發(fā)電機技術的攻關一直在持續(xù)。比利時魯汶大學、加拿大多倫多大學、英國利物浦大學相繼投入研發(fā)。但截至目前，國外仍處于理論研究與實驗室樣機(百千瓦級)研制階段，尚未有工程應用。

在西方國家全力攻關這一技術的同時，中國也瞄準了這一領域。作為全球并網(wǎng)風電、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)驗可以借鑒，必須從零開始，自己摸索出一條路來。

一、功能特點（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，對于復雜差動保護裝置可采用雙鉗法進行多次測量*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。

可進行復雜保護裝置的矢量分析，判斷接線是否正確，并給出正確的接線圖以供對比。

可進行常規(guī)電參量測試，同時顯示三相電壓、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。

可進行三相三線高壓計量裝置錯誤接線檢查，能對三相三線48種接線進行分析判斷，直接給出分析結(jié)果；查處惡意改變計量接線的竊電手段，有效避免電費流失。

可進行現(xiàn)場被測信號的諧波分析，能分析出2－50次諧波的各次含量，自動計算出總諧波失真度。

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現(xiàn)友好的人機對話，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)，適應冬夏各季環(huán)境應用。

大容量鋰電池供電，連續(xù)工作長達8小時。

用戶可隨時將測試的數(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2000組以上的數(shù)據(jù)。

可將保存的記錄上傳到后臺管理計算機，進行綜合分析，評審。

具備萬年歷、時鐘功能，實時顯示測試工作進行的日期及時間。

體積小、重量輕，便于現(xiàn)場使用。

預留USB接口，可用儀器來替代優(yōu)盤等移動存儲設備。

二、技術指標（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

電流測量范圍：0~10A

電流顯示位數(shù)：6位

相位測量范圍：－180°～＋180°

諧波分析次數(shù)：2～50次

準確度

電壓：±0.2%

電流、功率：±0.5%

相角：±2°

諧波電壓含有率測量偏差：≤0.3％

諧波電流含有率測量偏差：≤0.5％

工作溫度：－15℃~ ＋40℃

充電電源：交流160V~260V

絕緣：⑴、電壓、電流輸入端對機殼的絕緣電阻≥100M?。

⑵、工作電源輸入端對外殼之間承受工頻2KV（有效值），歷時1分鐘實驗。

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：四個電壓輸入端子UA、UB、UC、UN；三個電流輸入接口（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，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)至計算機）；同時還可用來更新程序；注意：本接口與電腦的連接必須用隨機配備的通訊電纜，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，當儀器電量不足時將充電器接到此接口給儀器進行充電。

USB接口，通過數(shù)據(jù)線可連接電腦，將儀器內(nèi)存儲卡做為大容量存儲器使用。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個鍵，分別為：開關、存儲、查詢、設置、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、＃、輔助功能建F1、F2、F3、F4、F5。

各鍵功能如下：

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

↑、↓、←、→鍵：光標移動鍵；在主菜單中用來移動光標，使其指向某個功能菜單，按確認鍵即可進入相應的功能；在參數(shù)設置功能屏狀態(tài)下，上下鍵用來切換當前選項，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，按下此鍵即進入被選中的功能，另外，在輸入某些參數(shù)時，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。

存儲鍵：在差動分析功能界面下應用，用來存儲測試結(jié)果為記錄的形式。

查詢鍵：用來瀏覽已存儲的記錄內(nèi)容。

設置鍵：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：用來進行參數(shù)設置的輸入（可輸入數(shù)字或字符）。

小數(shù)點鍵：用來在設置參數(shù)時輸入小數(shù)點。

＃鍵：保留功能，暫不用。

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

“后來而上"區(qū)區(qū)四個字，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，絕非偶然。

新能源虛擬同步機科技示范工程是攻克新能源虛擬同步機技術的關鍵。公司高度重視示范工程建設，將其列為國家電網(wǎng)公司10個科技創(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單位深入研究，反復論證，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，公司就以明確的時間表、路線圖和任務池，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。而具體承擔研發(fā)的國網(wǎng)冀北電力協(xié)同中國電科院、許繼集團、南瑞集團等單位，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)關鍵技術和裝備。中國電科院在關鍵技術攻關、標準制定和試驗檢測等方面做了大量工作。南瑞集團著重開展虛擬同步機關鍵技術攻關，實現(xiàn)了光伏、儲能、風電多領域虛擬同步機裝備產(chǎn)品化。許繼集團則承擔了虛擬同步機工程中三種虛擬同步機設備的研究開發(fā)與設備供貨。

一項新興技術的研發(fā)應用過程中，問題總會不斷出現(xiàn)。就在2017年12月，距離新能源虛擬同步機科技示范工程啟動的日子越來越近，許繼集團新能源技術開發(fā)團隊在調(diào)頻過程中遇到了一個棘手的問題：頻率波動太大、控制精度達不到。對此，大家意見不一。有人說，這應該是控制參數(shù)設置不合理造成的，需要優(yōu)化控制參數(shù);有人則認為，是電網(wǎng)本身頻率波動太大。整整三天三夜，大家都在討論這個問題。突然有人說，要不，試試增加濾波處理?順著這個思路，多次試驗之后，問題終于得到解決。在示范工程建設過程中，這種情況很常見。各個單位的研發(fā)團隊咬定青山不放松，攻克了一個又一個難題。

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

技術人員攻克了由理論到實踐的諸多難題，成功改造了現(xiàn)有風力發(fā)電機的控制軟件、光伏發(fā)電的逆變器和控制系統(tǒng)。示范工程共改造59臺風機、容量11.8萬千瓦，改造24臺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。

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