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以下为发言全文:
各位来宾下午好,感谢给我们这个机会分享《大容量电网模拟器及拓展应用》。报告分四个部分:背景遇到新的需求和挑战、新型电网模拟电源、技术拓展应用、总结。
电网模拟电源在新能源中有特定的用途,新能源发电主要是光伏、风电、储能方面,主要是分为三类:一是功率从小到大,小的功率模拟电源可以放到机架上面,这种一般是低压在500V以下,大部分用在小的组串光伏和户用光伏另外。二是中功率,电压在900V左右,大部分容量在1兆伏安以下。三是大容量电网模拟电网,主要是集装箱的形式,它的容量是比较大的,电压也比较高是10V/35KV。
为什么采用集装箱的形式?主要是用在储能电站和风电场,检测机构要用电网模拟器,接到电站测试机组能否满足要求,测完成功之后需要把它给运到下一个现场,一般是做集装箱的形式,方便移动的使用。
电网模拟电源的趋势是支持更大的被测容量,风电机组容量也变的非常大,光伏和储能领域也有单机大型化的趋势。上个月阳光电源单机8.8MW逆变器落地投运,光伏功率一般都在4.5MW以下,8.8MW也是突破了限制。
正因为单机的容量变大之后,对于它的要求也越来越高,造成的挑战是电源要移动,放集装箱要有宽度和高度重量的限制,又需要单机容量的变大,这是一个矛盾的方面。
电网模拟电源用来模拟电网,但现在电网现在发生了非常多的变化,模拟电网的电源也要跟着变化。一个是高比例的可再生能源,绿色是风电装机的比例,黄色是光伏的装机比例。现在来说,已经突破30%,电网呈现高比例可再生能源的特性。
右边的图新型储能装机,2021年是2.5mw,2022年7.3mw,今年上半年比去年整年到8.0mw。为了适应电网的复杂化,发电设备也要求具备更强的电网适应性,另外是要求变流器、逆变器需要更强的电网支撑性,不光要适应,也还要去支撑电网,为电网做贡献。
科研领域对于电网研究也在不断的深入,比如说复杂电网刻划和分析技术,逐渐从理论走向仿真,现在仿真和实测相结合,实测需要电网模拟电源的参与。电网越来越复杂,倒逼设备增强,也倒逼电网模拟器增强。
电网模拟电源使用拓展和决策要求的增加,传统的电网模拟电源用户群体,比如说像电科院、第三方检测机构,他们用电网模拟电源做测试之后发证,所以它相当于是裁判员手中的工具。现在除了传统的检测工具外,还有科研院所和设备厂家,比如说风电的整机厂家以及变流器设备制造厂家,他们也越来越多的去购买和使用电源做研发,使用的方式也发生了一些变化,传统是可移动的,现在也在建一些基地固定使用。
电网模拟电源从裁判员手中的工具变成运动员手中的秤杆。电网模拟器要支撑前沿的研发,需要新型的电源具备几个特征:一是达到超越普通的行标和国标测试要求的性能指标,传统的检测机构按照国标来测,设备厂家要超越国标和行标的。二是新型的电源需要具备更加丰富和前沿的功能,也需要更强的条件适应性,研发测试不确定性条件会出现的概率更高,也需要电网模拟电网的制造商有更强技术的支持能力。
新型模拟电源要具备更高的输出精度,这是我们做的控制算法改进。模拟电源输出端国标要求25次,现在越来越多的厂家要求到50次,我们想50次斜坡的发生对调试要求很高。
频率上去之后,IGP的损耗会成倍增加,新型模拟电源方式可以用PWM等效开关频率,可以达到更高的精度。通过合适的算法,整个叠加出来输入电压,它保真度还是比较高的。最终输出单管的频率,可以低到500赫兹,比正常风电变流器、光伏逆变器的频率还要低很多,所以损耗还是非常小的,精度可以达到0.3以内。
新型的电网模拟电源有更高的谐波性,我在这里放3份检测报告,黄色(PPT)是新型电网模拟器的数据,蓝色是设定指标,灰色和橙色是传统的电网模拟电源测出来结果。
间谐波设定在0.16,传统波会下降一半以下,新型可以保持在0.16以上,而且精度还是在0.05的范围内。奇次谐波和偶次谐波,奇次谐波基本上电源保持在2.4左右,传统的很差,偶次谐波是1.2%,所以新型的电源比传统的电源要具备更多的优势。
具备更强的故障发生能力,要求故障电压的穿越能力是必备的选项,新的标准也在不断的增强。一般现在要求两次的低高连锁,这边放的是实测不对称数据,其中有一项跌的更多一点。新型电源可以实现多次任意连锁,能实现故障角度的指定,可以指定在哪一个角度上触发电压的跳变。
具备阻抗风压设备的模拟功能。现在很多还是用阻抗风压式的设备,它在跌落电压的时候,不光是下降和上升,也伴随相微的变化。这个可以通过软件的方式模拟这样的效果,也可以支持零穿、单相和两相接地故障的模拟。
具备弱电网的模拟功能。在新的能标054测试规程修订中,利用可调阻抗装置和电网模拟装置,测量风电机组的适应能力,如果不低于50可以正常运行,电网模拟电源可以支持虚拟阻抗的功能,从而达到角度比的测试,可以对线路的阻抗和装置进行模拟,与真实阻抗相比非常的灵活,而且能节省测试时间和成本。
虚拟阻抗功能,已经在并网当中应用,可以做到1.0,精度可以达到3%。可以实现相角跳变的功能,最新的31054也是产生相角跳变,风电机组也能正常运行,在小功率区间和大功率区间分别展开相角跳变的测试。
另外一个是阻抗扫描,它的带宽非常高,电力电子设备的电流环和滤波器,可以增加风险。31054是利用电网装置,测试风电机组在1.5赫兹到1000赫兹的阻抗,分别功率输出在0.1、0.5开展。新型电源支持宽屏的分段扫描,每一段步长可以设置,不但支持扫描,而且支持阻抗特性的生成。
蓝色是实测结果,红色是仿真的结果,这两者是相近的,所以并不能达到完全的替代。功率放大器功能,它是把仿真台中建立复杂电网的模型,利用电网模拟电网进行放大,电网模拟电源可以实现很高的采样速度、传输速度,可以把总延迟小到100毫秒内。
支持构网型测试,新型的支持网压特性和阻抗特性的扫描,以及模拟弱网的运行,所以能够适应构网型的测试。
技术拓展应用,可以拓展全功率风电变流器,可以将机组容量加、电压提升,也可以实现固定单元旁路的作用,可以提高可靠性。特别适用于海上大功率的机组,电压提升到6000V中压后,电流器可以离电机很远,实现更加灵活的方式。
新能源发展对大容量的电网提出全新的角色需求,新型的模拟电源具备更高的性能和多种功能,逐渐成为前沿技术研究和开发的助力器,直连技术有望拓展到风电领域,谢谢大家。
(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)
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