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会议直播 | 远景能源智能风机解决方案负责人张轩:解读风机大规模并网解决方案

北极星风力发电网  来源:电力头条APP    2017/12/22 10:03:31  我要投稿  

北极星风力发电网讯:12月21-22日,由中国可再生能源学会风能专业委员会举办的第二届风电设备质量与可靠性论坛在北京裕龙国际酒店隆重召开。会议从全球风电发展历程、设备全生命周期以及机组和风电场的全系统三个维度全面梳理和解析可靠性问题,并就最突出的矛盾和共性的系统问题探索解决方案。

远景能源智能风机解决方案负责人张轩主题演讲《TBD》

以下为发言实录:

各位领导、各位专家、各位朋友大家上午好。今天的主题就是我们的风机,或者新能源行业,尤其是电力电子设备接入容量越来越多的情况下,会对电网造成什么冲击,以及我们的认识还有解决方案是什么,所以我主要是针对风电行业,关于我们最近在学术界比较人们的问题,我们是怎么分析的,怎么解决的。

分成三个部分来讲我的专题报告,一个先给大家有一个感性的认识,加入风电,光伏之后危害是什么,第二跟大家讨论一下机理是什么,第三个我们远景能源方案都有哪些。首先我先讲第一部分,大家可以看到,在最开始的时候,还没有到风机,最开始电力系统对次同步振荡有一个定义,我们都知道,频率就是50赫兹电网的频率,美国60赫兹,引发振荡的时候有50核子、20赫兹。这是当时1970年的时候,美国火电厂发生了问题所以那个时候他们就开始研究,到了21世纪的时候,新能源大规模介入。本来在美国搞的差不多了,结果在21世纪新能源介入之后,又出现了一些问题。

咱们看一下他的几次事故,1970年的时候和新能源没什么关系,在美国有一个电场,产生了次同步振荡问题。搞火电的大家应该知道,里面有很长的轴,轴除了发电机带动的之外,还有高速轴、中速轴、低速轴。除了50赫兹之外会有其他的频率,会产生扭振,轴会产生损害,这就是非常大的事故了,发电机就必须停机了。结果到2009年的时候,这个时候跟风厂有关了。从电路分析来看,振荡导致大规模风机的脱网。接下来我国有两个安全生产事故,一个2012年,一个2015年,我们平时也往现场跑,实际上小的振荡没有引起重视,如果说我们真的研究这行的话,会发现很多时候是振荡引起的。

现在风电和光伏,有了振荡之后,就会产生大规模的脱网,而且还会导致本身原有的发电设备产生故障,最终导致电网的安全事故。这就是一个案例,风电厂原来在这个地方,因为我之前因为咱们都是电力设备的专家,所以我有些东西讲的比较具体,这儿我就比较浅的说一说,大家有什么问题可以问。本来这儿接了风电厂之后,有一个串联器,电感刚好跟电容形成一个电路,正电阻的话抑制就会衰落,如果这个地方,在纯电阻方向如果是负的话,就会有一个振荡。当时产生了这样一个机理,振荡起来了,所有的风机全部脱网。

这是2015年新疆哈密地区,是非常重大的一个事故,当时也有很多国家的各个方面,当时都在做这方面事故的调查和分析。从电力电子角度,或者从风机的角度,这个风厂会产生什么呢,他的负阻抗特性由变频器产生的,产生的频率不光是有次同步振荡的频率,而且同时他和当时几百千米之外的火力发电厂,他们的共振频率是相同的,而且频率这个东西和电压幅度不一样,电压幅度比如我这儿有一个一百千伏的,过了多远之后会衰减。这个就传播了电压,和他们的中速轴产生了共振,产生了共振之后,直接导致了当时电厂全部都停机了,还好他旁边是有一个高压输电,带有了保护系统。刚好带了之后,仅是进行了停机,全部停机,但是对当时的火力发电机组没有什么损害,他这儿有三个频率,其中一个频率是30赫兹,和中速轴是一样的。

接下来,刚才给了大家一些例子,在这儿可以看出来,电网现在有一个新的运行环境,这个环境和以前不一样了。上世纪70年代的时候,根本没有什么新能源发电,那时候大家定义很简单,就是50赫兹以下,他是转轴,火力发电在某些情况下会产生负阻抗,负阻抗和电网进行分析的时候,就会发现总体来说会有一个不稳定。但是如果说我把这个去掉,用很多抑制装置或者算法,现在都已经解决得很好了。

但是,到了新能源发电越来越多的时候,我们可以看到,大家还把那个东西叫次同步,实际上内涵已经发生变化了,我们就叫做50赫兹到100赫兹周围的频率范围振荡,如果细的分析,下面可以再讨论。那个时候就和50赫兹没有任何关系了,就是由变频器里面的阻抗和电网的阻抗不匹配,所产生的振荡问题。和他发电机本身是不是50赫兹完全没有关系,可以从5赫兹到100赫兹随意有飘移。

然后我们讲一下次同步振荡问题的机理,刚才已经对他的概念,还有他一些实例有一些认识。接下来我们看机理,我们这儿可以看到,这儿实际上是我们引用清华还有国外教授,包括我当时在美国的时候,一直在做这方面的研究,我们对这个方面的分析,大体的分析已经是比较清晰的,振荡模式有三类,一个电力电子装置之间,会有一个负阻抗的不匹配,当然也不一定真的说是负阻抗,提到负阻抗只能说是一种分析方法所产生的,你在这个分析方法下,你说这个词大家就理解。但是从大的概念上来讲的话,他就是电力电子装置互相干扰所产生的。还有发电机和电网之间,有LC谐振。第三就是发电机的轴心扭振。

我给大家简要的讲一下,现在中国主流的就是双倍风机和持续风机,我们分析的结论,他们的振荡机理分别是什么,这是一个持续风厂,持续风机如果给他建模的时候,可以看到他在建模的过程中,在某些情况下可以实现负阻抗加电容的模式,在这样的情况下,因为传输线本来是有感性的。负阻抗和电网,传输线肯定有负阻抗的,这两个加起来之后然后来LC的滤波电路,这样的电路,如果说风机本身负阻抗和传输线上的电阻之和如果还是负的话,这样就会产生振荡。这个时候就是两个原因,一个和风厂规模有关,规模越大的话,负电阻效应越大,也和他的控制有关。这是一个振荡模式,这个振荡模式下,如果大家做分析的话,是在某一个焦点出就有一个振荡频率。

如果我分析电网和风机,风厂之间振荡匹配的话,你会发现他有好几个点的交叠,他就会产生多个振荡频率。因为他这种振荡频率,如果大家看就会知道,假如说出现20赫兹振荡的话,又把振荡频率进行了翻倍,因为他振荡频率比较多的,某一个振荡频率下,和火力发电机产生共振的话,就会有问题。但是他的振荡是比较单一的,他就是电容器主导的,风机叶轮也好,发电机也好,都是通过变频器进行的。

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