“张北一场风，从春刮到冬”。寒冬时分，白茫茫的张北草原上，一座座白色风机笔直挺立，巨大的风机叶片悠悠旋转，为寂静的草原增加了几分诗意与灵动。
张北地区风能年均利用小时数2400小时之后，太阳能年均日照时数2897小时，大好“风光”蕴含着无限能量。
然而，高比例新能源的低惯量、过电压、宽频振荡等问题突出，成为制约新能源消纳、危及系统稳定的重要的因素。目前，很多新能源富集地区通过降低新能源出力来保障电网安全稳定运行。
最近，位于张北草原的华能美义永风电场却没了这些烦恼。原来，它于11月27日顺利并网了一台调相机，具备了瞬时无功支撑和短时过载能力，大幅度的提高了场站对电网的电压支撑作用。
调相机是个什么机？据介绍，这是向电力系统提供或吸收无功功率的同步电机，当电网电压下降时，调相机能增加无功功率输出；当电网电压上升时，调相机则可吸收无功功率。因此，调相机被称为电网安全稳定运行的“压舱石”“稳定器”。
在新型电力系统中，如果把新能源发出有功功率比作船的动力，那么无功功率就是水的浮力，即电网的稳定性。若浮力不足，船亦无法行驶。因此，调相机作为同步无功电机，具有提升新能源场站短路比、故障瞬间电压支撑性能好、过载能力强、可靠性高等特点，可以为大船提供足够的“浮力”，保障大船安全、稳定行驶。
“我们在2022年时就打算安装调相机，然而由于我们场站空间比较小，找不到放调相机的位置，就耽搁了很长时间。”华能美义永风电场调相机项目相关负责人王向伟说，安装调相机对电网和新能源场站都有利，是一举多得的一件事。为了让调相机顺利进入场站，他们和厂家反复沟通设计的具体方案，最终采用预制舱设计的具体方案，占地面积小，建设周期短，能适应张北地区高海拔、高严寒、多沙尘等极端环境。
“冀北电网张家口、承德等地区均有大规模新能源基地，调相机是提升新能源多场站短路比、改善电压稳定问题的有效措施。”国网冀北电力有限公司有关负责人透露，国网冀北电力正积极地推进新能源场站部署分布式调相机相关工作，推进“新能源+储能+调相机”工程落地，支撑新型电力系统示范区建设。
2022年12月14日，位于承德的华润轿顶山风电场1号调相机顺利并网投运，冀北电网首台新能源分布式调相机正式投入运行。该工程是国内首个纯交流送出新能源场站配套调相机项目，也是国内首个存量新能源场站调相机扩建项目。其顺利投入运行标志着华北地区首个“分布式+集中式”新能源调相机群正式拉开投产序幕。
目前，张北—雄安特高压工程送端电源全部由新能源组成，属于典型的点对网弱送端系统，汇集区域新能源发电长期受限，特高压工程和500千伏配套工程本体送出能力尚未得到充分利用。
国网冀北电力积极对接地方政府，推动承德市发展和改革委员会发布了《关于做好利用调相机技术推动塞罕坝区域新能源高水平发展有关工作的通知》，引导新能源企业部署调相机。同时，国网冀北电力取得华北能监局支持，制定并在尚义、解放、御道口区域发布了《配置调相机新能源场站发电出力分配执行方案》，全力促进新能源消纳。
事实上，调相机在电网侧早已大规模应用，且技术成熟、产品丰富。随着高比例新能源的加快速度进行发展，电网要求新能源场站具备调频、调压、惯量和短路容量支撑能力。新能源场站与调相机牵手成为必然趋势。
“调相机并网后，场站出力由装机容量的30%提升至70%以上，投资调相机的成本应该在一年之内就可以收回。”这些日子，看着场站翻倍增长的发电量，王向伟的脸上露出幸福的笑容。
新能源场站的分布式调相机具有系统简单、集成度高、调节性能好等优点，既能发挥系统动态无功储备的作用，又能为新能源场站提供次暂态、暂态、稳态的全过程电压支撑，可有效解决区域新能源送出能力受电压稳定和多场站短路比偏约的问题，助力实现新能源消纳水平和输电通道利用率双提升。
米建宾是国网冀北电力有限公司电力科学研究院的一名调试技术人员，负责电源侧各种设备的并网调试工作。今年，已有20年工作经验的他深深感受到各个新能源场站对调相机的迫切需求。“粗略算了一下，今年我的工作中大概有70%的工作任务是调相机并网调试任务。”米建宾说。
并网调试是调相机项目的最终阶段，每次调试需要10~15天。米建宾和同事辗转于张家口、承德的各个新能源场站，日程表排得满满当当。
“对于场站来说，早一天投产调相机就早一天提高发电量。新能源场站集中连片，调相机的优势很快就被广泛传播。”米建宾说，以华润轿顶山风电场为例，华润轿顶山风电场所处区域的电网电压波动很大，安装上调相机后，不仅稳定了所在区域的电网电压，还对新能源送出站500千伏御道口变电站有了电压支撑作用，场站出力由40%提升至75%。
调相机技术虽然是一项传统技术，但应用于新能源场站的时间还很短，调试任务并不轻松。
今年3月，冀北电科院接到了调试京能织女泉风电场调相机项目的任务，该项目采用闭式水空冷分布式调相机，预制舱式结构，热效果更加优良，更能保证调相机安全稳定运行。
为高质量完成调相机工程调试及有关技术工作，米建宾和同事在调试前期开展仿真计算，为现场调试工作提供坚强理论支撑。整套启动调试过程中，现场调试人员先后完成调相机热工主保护传动、润滑油泵切换试验、升压变倒送电试验、同期回路定相试验、励磁空载建模试验等试验项目；试验过程中，调试人员排除了TSI逻辑组态错误、润滑油回油视窗回油不畅、循环水泵电机反转等多项技术问题，确保了全国首台闭式水空冷分布式调相机顺利并网运行。
调试进入最后的96小时（或168小时）并网试运行是最激动人心的时刻，每到此阶段，米建宾和同事常常熬夜到凌晨，但看着一座座新能源场站具备了支撑电网电压的能力，明显提高了绿电消纳水平，米建宾感觉自己的辛苦十分值得。
今年1~10月，冀北电网投产调相机8台，总容量19万千乏，提升新能源电力送出能力39万千瓦，增发电量1.7亿千瓦时。
可以预见，有了调相机的加持，未来，张北的风将不只点亮北京的灯，也将照亮能源清洁低碳转型之路。
当前，冀北电网的新能源场站分布式调相机正规模化、有序投产，“新能源+储能+调相机”模式的成功落地为高比例新能源送出提供了有益实践参考。
近年来，冀北电网新能源加快速度进行发展。目前，冀北电网新能源发电统调装机占比达73%，预计“十四五”末新能源发电装机容量将超过8000万千瓦，占比突破80%。
“在新能源场站合理布置调相机，可使新能源场站具备像火电机组一样的特性，对电网提供强支撑作用，解决因电压支撑能力不够而导致新能源送出受限的难题。”冀北电科院电网技术中心技术人员赵天骐介绍，冀北电科院早在2019年就开始研究适用于新能源场站的分布式调相机，内容涵盖前期系统需求分析、规划配置设计选型、系统安全稳定分析、涉网性能实验等方面，全力支撑冀北电网新型电力系统建设。
2022年12月底，冀北电科院负责调试的国家风光储输示范基地的2台50兆乏分布式调相机相继并网投入运行，国家风光储输示范基地率先成为全国首家实现“新能源+储能+调相机”模式的新能源场站。此次两台调相机组的顺利投运，预计每年可新增新能源发电量1亿千瓦时，增加收益5000万元。
新能源场站有了调相机，为什么还要搭配储能？赵天骐解释说：“是因为调相机是一个无功设备，没有原动机，不能持续输出有功功率。储能可以对它提供有功的支撑作用，弥补调相机的一次调频能力，更大力度地促进新能源消纳。”
现在，冀北电科院正着手研究储能型调相机，为支撑冀北新能源高水平质量的发展提供方案。
王向伟有个隐隐的担忧，当新能源场站都安装了调相机，具备了对电网的支撑能力，现有的输电通道势必会出现不足，场站的出力可能也会打折扣。
对此，记者正常采访了解到，当前，张北—胜利特高压交流工程正在加快建设，预计2024年建成投运。该工程是国家“十四五”电力发展规划的重要项目，投运后可完善华北地区特高压骨干网架送端电网结构，满足锡林郭勒盟、张家口地区风、光、火电源基地电力汇集与外送需要，提高电网向京津冀鲁苏等受端地区送电能力，提升系统安全稳定运行水平和电网抵御事故风险的能力。届时，王向伟担忧的问题也将得到一定效果解决。
电网连接电力生产和消费，是各类能源转换利用和优化配置的重要平台。国家电网持续完善特高压和各级电网网架，支撑和促进大型电源基地集约化开发、远距离外送，力争2025年公司经营区跨省跨区输送电量中，清洁能源电量占比达到50%以上。
未来，随着新型电力系统的加快建设，以风电、光伏发电为代表的新能源将实现大规模开发和高水平的消纳利用，更有力地保障能源可靠稳定供应，为经济社会高水平质量的发展提供源源不断的绿色动能。
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