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刘一星:各位专家、各位同行大家上午好,我的演讲题目叫风电机组电网友好型关键技术研究及应用。首先介绍一下我们的总公司,用三个关键词概括就是实力突出,技术一流,目标一致。我们总公司连续7年进入世界五百强,是世界第一,目前有七个国家级研发中心,九个国家级重点实验室,包括12名工程院院士和4万多名科研技术人员,技术方面对为突出代表中国水平是辽宁号的航空母舰,可以代表我国工程技术最高水平,而且科技创新工程获2013年度科技进步一等奖,我们集团公司的理念是发展风电符合中船重工战略专长和发展方向,力赶国际水平。
我们海装公司是中船重工五家一类企业之一,资产总量120亿元,主要从事风电整机装备研制等,有国家海上风力发电工程技术研究中心平台,我们追求的是南北布局、海陆并举,国内国外市场并进,涵盖850千瓦一直到10兆瓦。
下面重点介绍海装公司2019年启动的世界首个柔性直流电网装备换流站——张北柔性直流电网试验示范工程。张北柔直工程是世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性直流工程,工程核心技术和关键设备均为国际首创,将创造12项世界第一。这个项目是个多能互补项目总装机容量为150MW,采用15台H146-3.2MW机组和30台H146-3.4MW机组。预计每年将有4.4亿度清洁电能随网进入北京,同时助力2022年北京冬奥会场馆100%绿色能源供应。
这张图主要介绍的是风电机组的半实RT-LAB仿真模型,首先也是对半输入仿真模型,计算它的10到250赫兹的阻抗,这个图上没有优化之前750赫兹相位是有突变的,从感性直接变化到溶性,幅值比较偏高,就是优化内阻这样的算法,使得750赫兹谐振点的幅值减小,同时对第二个谐振点1300赫兹附近相位也得到了一个变化,这样增强了系统的稳定性。
这张图说明的是什么呢?就是为了获得风机并网以后的阻抗特性,风电机组在实际运行的工况其实是非常多变的,如果仅仅通过特定工况的阻抗特性,实际上并不能够分析风电机组次振荡的特性,因此对风电机组进行多个工况的阻抗扫频,张北互补项目是150兆瓦,风电场接入是35千伏的线路,总共连接是45台风机,35千伏的线路长度是0.5公里到16.1公里的范围内,我们在风电场仿真当中考虑到了一个仿真的要求,考虑到了仿真资源的分配,把整个风电场仿真放入到子模型当中。
下面这两页主要讨论的是风电场的建模,我们怎么来建立一个精度比较高的风电场的模型,还要考虑计算算力,在等值当中要考虑算法,考虑场站里边的线路的参数,为了检验风机机组等值模型的精度,选取了两条各两台风电机组进行比对分析,分别进行扫频,就得到了4台风场聚合的曲线,同时为了验证聚合曲线是不是准的,我们怎么做呢?在4台风机阻抗汇集的地方,通过阻抗扫频方式也得到了这个曲线,图上这两个曲线是基本一致,从4台风机聚合当中证明这个方法是有效的,4台风机是有效,让扫频的曲线和聚合曲线再次进行了比对分析,从右边这个图两条曲线的趋势基本一致,这个就更进一步说明了风电场仿真聚合方法有效性,最主要目的可以大量节约仿真资源,同时提高仿真率。
通过上述一系列仿真,海装公司取得了整个风电行业接入张北柔直电网第一个许可证,是国网公司颁发张北工程换流报告,建立了风电场进入柔直振荡模型,找到了稳定不够的中高频段,设计出软件总结控制器,用控制算法起到降本增效的作用,同时更能抑制柔直系统电网宽频谐振,总之这个项目创造三个首次,第一个首次就是数字PSCAD软件和半实物RTDS混合仿真研究。第二个首次就是在行业内首次用数字PSCAD软件研究宽频振荡稳定性分析,多个仿真计算,所有仿真结果包括大功率、小功率,电压电力升高等所有工况都进行了详细的仿真,证明这个仿真结果和实测结果的比对是符合这个误差范围,风电机组模型精度是高的,同时也获得了国网公司颁发的机电展台建模和验证的报告。第三个首次是首次采用行业内国网公司现在推的国产ADPSS软件仿真,首次分析了中国海装造的3.X张北柔直系统高低电压穿越及扰动特性分析。
接下来介绍一个海装规模化集群若电网关键技术研究,这一部分内容将会以一个案例的方式来阐述,我们公司在弱电网介入自适应方面从三个方面来着手,首先原因分析,策略优化,效果验证,一般风电机组短路比1.5或者更低电网时,它会发生振荡,一般情况海装公司会通过优化变流器策略和参数达到预期效果,其中有一个事件就是钟一海装新疆哈密风电项目在去年的时候,据当时的反馈,振荡附近其余的风机可能会出现故障或者脱瓦,只有海装公司的风机正常运行。
具体的分析方法和解决的措施,措施一采用序阻抗分析方法,仍然用仿真的平台,通过阻抗扫描的方式获取特性,依据比较经典奈奎斯特,我们认为就是容易发生振荡的频率点,进而针对性制定规划,控制参数和策略方式,谈到增大系统阻尼,抑制振荡的效果,左边这个图是序阻抗相簿,第一个完整仿真模型,对仿真模型分别注入正序和负序扰动信号,分别计算出对象的正负序的阻抗,右边是风机变流器的图,针对刚刚第一步发生易诊断频率段,通过修改变流器参数,针对本案例主要加快电流的调节速度,从左边仿真图可以看出来电流控制器将改变阻抗曲线的形状,一簇仿真曲线可以发现这样一个规律,增大KP将会在电流控制器带宽范围内可以修正曲线,右边这个图是变流器的控制框图,其中优化整改的部分是标蓝色的这些东西,通过上述这个法则分析,最终修改变流器的关键参数,进一步验证实施对策是否有效,我们进行了一个比对,右边这个图就是风电场在阻抗平台的扫描结果,在没有优化之前它其实是在65赫兹左右,会呈现一个容性特性和电网感性特性,可能会发生振荡的提示,优化控制参数策略以后,阻抗曲线可以看到是满足低短路比的稳定运行,进一步对机组做了优化以后,看一下奈奎斯特稳定左边这个图,可以看到存在CD两个交点,C在45度左右,满足运行条件,D交点在65度左右,能够实现稳定运行。
上面理论分析全部基于仿真来做的。现场的情况我们也做了进一步的总结,通过这个图可以看到在整改之前风机出口的电流谐波进行了分析,36赫兹、63赫兹谐波含量是比较高,经过整改以后,这个是全场有功功率在55到60万千瓦,几乎达到了风电场满发的情况。
最后简单介绍一下风电机组高低参仿真情况,最主要提的是零电压穿越,海装是具备这样的零电压穿越功能,左边是我们的测试图,从这个图当中可以看到,满发功率的时候三项对称,35千伏侧实际仿真测试波形,可以看到测试结果是满足德国的标准。我们在做风电场一样要建立风电场的模型,这个是仿真的结果,在风电场短路比10和2.5两种情况下进行了仿真,两项对称和两项不对称,这种情况下进行了0.2到1.3PU,所有的仿真测试结果是符合国标要求的。
以上是我的所有演讲,谢谢大家。
(根据速记整理,未经演讲人审核)
现场直播链接:中国海装2020北京国际风能展
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