国电联合动力技术有限公司副总经理袁凌：并网主动支撑技术探索与应用

2019年10月21-24日，2019北京国际风能大会暨展览会（CWP2019）在北京隆重召开，大会主题“风电助力‘十四五’能源高质量发展：绿色、低碳、可持续”。自2008年首次在北京举办以来，已连续举办11届，成为北京金秋十月国内外风电行业争相参与的年度盛会。

10月22日，CTO论坛在新国展召开。国电联合动力技术有限公司副总经理袁凌出席论坛并发表演讲。

以下是发言内容：

袁凌：尊敬的各位嘉宾下午好，我是来自于联合动力，我的名字叫袁凌，是技术的分管副总经理，也很抱歉，今天大家都在讲技术、降成本，联合动力最近有一些人事的变动，所以PPT需要集团审查，昨天晚上我们临时换了一个相对在技术口的介绍，希望能够得到大家的理解和支持。

首先我介绍一下联合动力，它是国家能源集团下属的一个三级公司，因为是背靠国企，所以我们的研发平台是国家级的，有风电设备和控制的国家重点实验室，还有一个国家能源局的潮汐海洋能的重点发展实验室，联合动力近十年来的发展在技术创新方面做了很多深入扎实的工作，在过往5年里我们获得了中国的专利金奖，这也是风电行业第一个专利金奖，我们也分别在2016年和2018年获得了两次国家科技二等奖。

由于去年这次联合动力作用第一完成人和牵头单位来组织获得的，授权专利在整个国家能源集团30多万员工和近300多家企业中，联合动力的授权专利占到了10%，而且我们在国家标准和行业标准的工作上也做了很多工作。

联合动力在质量体系和服务体系方面都是认真扎实，通过了国际的服务体系的认证，我也听很多业界的朋友经常开我的玩笑说，联合动力在业内好像很少发声，我说句真心话，可能是因为我们人少，真的我们技术人员只有150号人，我们真的天天都在低头工作，在努力，这可能是国企的一种风格吧。

介绍一下联合动力的机型平台，我们现在在3兆瓦、4兆瓦、6兆瓦和10兆瓦的平台上都开始逐渐建立起平台和丰富自己的机型，海上3兆瓦已经运行超过一年以上，在创新广场和其他的平台上有很多介绍，所以我在这里不做赘述，唯一一个和大家做广告的就是，联合动力能够对不同风速、海拔高度已经能够实现全覆盖，满足各种不同地区风资源的开放，而且我们也推出了定制化风电场整体解决方案，来提供技术支撑，联合动力目前保持着全国乃至于世界上最高海拔在西藏4700米那曲风机的运行5年以上的纪录，非常不容易。

聚焦一下今天我想说的技术的主题，为什么起名叫传承·发展·创新，因为风电发展了15年，金风要更久，20年，但是在电力系统里边，新能源应该是最近10年里得到了蓬勃的发展，尤其我国从5年前开始占据到世界风电装机大国第一的位置。

目前从传统能源为主新的电源结构已经转向了向高比例的新能源的转型过程中，其实今天2019年的风能会议是以面向十四五，我们作为技术人员，我很认同前面大家讲的，我们要用风降成本来推动风电的发展，其实另一方面我们在十三五面临的弃风限电这样的困境下，我们如何在十四五能够继续迎来风电高比例的增长，同时也能够改变我们现在的电源结构，能够为目前的特高压电网和直流电网所接受，也是我们技术创新的一个原点，我希望这些是一个开源的想法。

这里边我想用一个简单的数据来表征一下，因为虽然目前在国际上风电还是第三大电源，但是在我国6个区中，据数据报道，已经有17个省市风电已经分别占据第二大电源这样的一个位置，在风电的量越来越大不远的十四五和十五五，我们是否能够像丹麦、欧洲的一些国家，风电能够占据到30%到50%的社会发电量？

刚才的数据我们看到国内现在的装机容量是9.7%，还不到10%，但是我们的发电量最高的比例去年统计数字是5.9%，离欧美的发达国家确实还是有一个非常大的差距。这里边我想讲的就是，风电作为新能源，要在十四五和十五五能够替代传统的不可再生的火电能源和水电，我们需要攻克的是风电机组本身对电网频率和电压稳定这样的并网适应性的主动支撑的能力，来促进风电在技术上进一步高质量的发展。

这里边大家会说我们现在风电并网没有问题，我们的高穿、地穿都已经完全能够获得电网公司的认证，我们就可以并网，就可以装机了，但是大家有没有想到20年的全生命周期里面，我们是否能够很好的并网，我们是否在装机了之后，在座也会有业主，会面临上网的问题，会面临被调度，以各种各样的电网的变化来限电的问题，这里我想讲的就是如何从电源侧，我们对电网进行主动支撑的这样一个技术发展，它分为三个方面，一个是虚拟惯量的响应，一个快速频率的响应，还有是无功支撑和电压调节，这三个方向。

首先讲一下虚拟惯量，可能这个名词在风电界很少听到，但是实际在电网方面已经对此有很多的研究，但是它更多的是在模拟说风电、光伏还有这些新能源能否还像他们所熟知的同步发电机一样具备转动惯量，来维持电网50Hz或者国外60Hz的频率和电压点的要求，而虚拟惯量的响应对于新能源来讲，由于我们风电是推动变流器，不管是之驱还是双汇，通过变流器和电网之间在机械的传动上是结耦的控制，那么表面上我们是没有办法提供给电网惯量支持的，意味着什么？意味着电网在聒动的时候，风电、光伏这些新能源的并网是会把系统的频率向恶化的方向去拉低。

如何让风电能够在电网发生频率很短暂的突变的情况下提供支持呢，我们用虚拟惯量来完成，何为虚拟惯量？可以说它的时间非常短，只是在500毫秒之内，这个频率的变化如果超过了惯量响应的罚值，有功率如何在预定的功率误差范围内，最短的时间让风电还有包括光伏这些新能源能够回到这个功率点。

这里面我稍微普及一下，对于电网来说需要有两个平衡点，一个电压平衡点，一个电源，一个是功率平衡点，虚拟惯量对于普通的火电电源来讲，大的电场肯定都会被选作要么是电压平衡点，要么是功率平衡点，也叫潮流平衡点，风电或者是光伏，不管多大的电场都不会选，为什么？就是因为虚拟惯量的能力实在是跟传统的火电能源和核电是没有办法比的，但是联合动力在近些年和电科院包括变流器的厂家不断的在虚拟惯量控制方面进行研究，现在我们通过在新疆地区的测试，虚拟惯量响应已经开始有新的技术创新和突破。

虚拟惯量是非常短时间在新能源频率方面的支撑，如果这个频率在十几个毫秒之内，这样的支撑对于新能源或者是风电来讲较快速的频率响应，它和传统我们大家熟知的调度来给风电场下指令说，现在需要你的频率增负荷或者降负荷，最大的不同是什么？

那些是被动的来执行，而快速频率响应是我们对风场并网点的电压和频率有精准的监测，发现它和电网的要求稍有不同的时候，我们研制的能量矩阵系统就能够结合风机的运行状况、风速、还有变桨度的情况，能够快速用风机自动的调节，来执行主动的对并网点，就是风场测的电压的支撑，这个原理我就不赘述了，基本上就是在功率控制中非常有名的叫下垂特性控制曲线。

对比一下虚拟惯量和快速频率响应，主要虚拟惯量是个非常短的时间，其实是对系统微分反馈的控制，快速频率响应对分辨来讲是在15秒之内的一个频率的响应，然后虚拟惯量是机组侧，风机本体如何通过变流器还有主传动链、机端侧的电压，主要是风机内部的主控来实现的响应，快速频率响应是在风场侧，我们做的对于电网主动支撑的技术创新。

这张片子是国网新疆电科院发给联合动力第一张风电实测的调频测试报告，按照国家2018年颁布的并网标准，对于快速调频的响应初始时间是2秒，执行完毕的时间是要求在15秒之内，联合动力的实测响应时间是缩短了1.4秒，我们的完成时间也非常快，缩短了5秒，是一个非常好的结果。

刚才讲到了，对于并网点功率的支撑之后，我还想讲一下对于不同的地方，对于不同的电网的条件，可能它需要对电压来进行支撑，这个就是无功支撑和电压调节，在座如果也业主就会知道，每个变电站电网的设计要求配备无功补偿装置，这个装置耗电量非常大，但是其实在电压调节过程中，它可用到的时间也不是那么多，非常的冗余。

集中补偿装置是一个大哥哥，每个风场机组像33个小兄弟，因此可以这么讲，风电场通过风机的主动支撑通过这样的技术创新，是完全可以替代风电场测的SVG装置的工作，这是应用的实例在联合动力的风场里，我们通过应用能量矩阵管理系统，有2%的场用电，通过实测是下降到了5%，这里面除了对于功率的支撑，大家也都了解，风电场内的不管是电缆还是架功线，它的网损也是相当高的，如果我们通过机组的电压控制，来平衡场内线路之间电压的变化，包括线损度，也是能够为风电场节约相当大量的成本。

最后我想说一下联合动力所在的国家能源集团是一个综合性的能源，它是由原国电和神华集团在2017年底合并成立的，它有全世界最大的可再生能源的装机容量，在2019年的上半年，整个的可再生能源装机容量达到了4000万以上，风电的装机容量占据95%，还有800万以上海上风电的储备。

除此之外国家能源集团，还有氢能和太阳能一系列可再生能源新能源研发团队，因此在整个国家能源集团也号召我们打造一个综合性的能源技术中心，所以十四五期间，我们会把工作集中在打造多种能源耦合互补高效能源利用系统的目标上来。

这个图我主要想说作为国家科技部可再生能源和氢能专项组的指南编写专家，大家在上上周已经看到，今年公布的指南里边，在可再生能源耦合这个项目，就定了海上风电制氢，可能是可离网的海上风电制氢的项目，刚才翟总讲了说，制氢是一个未来的创新。

今年科技部对于整个可再生能源未来的发展，其实在内部开了很多次会之后，他们也有一个非常超前的想法，是说风电和光伏在规模上已经都居世界第一位了，但是如何在技术创新方面实现引领，是需要我们要有更多的大量的可再生能源未来的技术研发，所以在可再生能源，风能不能自己一家独大，只想一家的事情，我们要把氢能和储能做好，如何在2035或者2050年新能源在整个世界供电环境中能够达到由新能源来主宰，这样的一个未来科技的技术创新。

这里介绍一下国家能源集团在风光储能制氢方面的研发，这是一个2018年国家科技部的项目，这是我们依托风电、光伏电站建立了一个直流的微网，通过微网的直流变换技术，探索来实现风电和光伏如果在有富余的情况下，我们除了上网去供电之外，还有其他的能源转化方式，大家知道电是不可能运输和储存的，但是氢能是一个很好的能源介质，它既可以运输，还可以储能，而且转换效率也会比较高。储能技术也是目前非常火热的一个技术热点，对能源的生产和消费革命都有重要的意义。

最后我自己的一些想法是，对于未来，对于风电在十四五的发展，我和大家一样，都充满了信心和希望，但是也希望风电能够在不论作为电源或者作为一种供能的方式，它都需要我们在技术上做扎实的深耕和发展，我的介绍就在这儿，不足之处请大家多多批评指教。

（根据演讲速记整理，未经演讲人审核）