國電聯合動力技術有限公司副總經理袁凌:并網主動支撐技術探索與應用_東方風力發電網
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國電聯合動力技術有限公司副總經理袁凌:并網主動支撐技術探索與應用

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-10-23   來源:能見app  瀏覽次數:130
核心提示:10月22日,CTO論壇在新國展召開。國電聯合動力技術有限公司副總經理袁凌出席論壇并發表演講。
  2019年10月21-24日,2019北京國際風能大會暨展覽會(CWP2019)在北京隆重召開,大會主題“風電助力‘十四五’能源高質量發展:綠色、低碳、可持續”。自2008年首次在北京舉辦以來,已連續舉辦11屆,成為北京金秋十月國內外風電行業爭相參與的年度盛會。
  
  10月22日,CTO論壇在新國展召開。國電聯合動力技術有限公司副總經理袁凌出席論壇并發表演講。
  
  以下是發言內容:
  
  袁凌:尊敬的各位嘉賓下午好,我是來自于聯合動力,我的名字叫袁凌,是技術的分管副總經理,也很抱歉,今天大家都在講技術、降成本,聯合動力最近有一些人事的變動,所以PPT需要集團審查,昨天晚上我們臨時換了一個相對在技術口的介紹,希望能夠得到大家的理解和支持。
  
  首先我介紹一下聯合動力,它是國家能源集團下屬的一個三級公司,因為是背靠國企,所以我們的研發平臺是國家級的,有風電設備和控制的國家重點實驗室,還有一個國家能源局的潮汐海洋能的重點發展實驗室,聯合動力近十年來的發展在技術創新方面做了很多深入扎實的工作,在過往5年里我們獲得了中國的專利金獎,這也是風電行業第一個專利金獎,我們也分別在2016年和2018年獲得了兩次國家科技二等獎。
  
  由于去年這次聯合動力作用第一完成人和牽頭單位來組織獲得的,授權專利在整個國家能源集團30多萬員工和近300多家企業中,聯合動力的授權專利占到了10%,而且我們在國家標準和行業標準的工作上也做了很多工作。
  
  聯合動力在質量體系和服務體系方面都是認真扎實,通過了國際的服務體系的認證,我也聽很多業界的朋友經常開我的玩笑說,聯合動力在業內好像很少發聲,我說句真心話,可能是因為我們人少,真的我們技術人員只有150號人,我們真的天天都在低頭工作,在努力,這可能是國企的一種風格吧。
  
  介紹一下聯合動力的機型平臺,我們現在在3兆瓦、4兆瓦、6兆瓦和10兆瓦的平臺上都開始逐漸建立起平臺和豐富自己的機型,海上3兆瓦已經運行超過一年以上,在創新廣場和其他的平臺上有很多介紹,所以我在這里不做贅述,唯一一個和大家做廣告的就是,聯合動力能夠對不同風速、海拔高度已經能夠實現全覆蓋,滿足各種不同地區風資源的開放,而且我們也推出了定制化風電場整體解決方案,來提供技術支撐,聯合動力目前保持著全國乃至于世界上最高海拔在西藏4700米那曲風機的運行5年以上的紀錄,非常不容易。
  
  聚焦一下今天我想說的技術的主題,為什么起名叫傳承·發展·創新,因為風電發展了15年,金風要更久,20年,但是在電力系統里邊,新能源應該是最近10年里得到了蓬勃的發展,尤其我國從5年前開始占據到世界風電裝機大國第一的位置。
  
  目前從傳統能源為主新的電源結構已經轉向了向高比例的新能源的轉型過程中,其實今天2019年的風能會議是以面向十四五,我們作為技術人員,我很認同前面大家講的,我們要用風降成本來推動風電的發展,其實另一方面我們在十三五面臨的棄風限電這樣的困境下,我們如何在十四五能夠繼續迎來風電高比例的增長,同時也能夠改變我們現在的電源結構,能夠為目前的特高壓電網和直流電網所接受,也是我們技術創新的一個原點,我希望這些是一個開源的想法。
  
  這里邊我想用一個簡單的數據來表征一下,因為雖然目前在國際上風電還是第三大電源,但是在我國6個區中,據數據報道,已經有17個省市風電已經分別占據第二大電源這樣的一個位置,在風電的量越來越大不遠的十四五和十五五,我們是否能夠像丹麥、歐洲的一些國家,風電能夠占據到30%到50%的社會發電量?
  
  剛才的數據我們看到國內現在的裝機容量是9.7%,還不到10%,但是我們的發電量最高的比例去年統計數字是5.9%,離歐美的發達國家確實還是有一個非常大的差距。這里邊我想講的就是,風電作為新能源,要在十四五和十五五能夠替代傳統的不可再生的火電能源和水電,我們需要攻克的是風電機組本身對電網頻率和電壓穩定這樣的并網適應性的主動支撐的能力,來促進風電在技術上進一步高質量的發展。
  
  這里邊大家會說我們現在風電并網沒有問題,我們的高穿、地穿都已經完全能夠獲得電網公司的認證,我們就可以并網,就可以裝機了,但是大家有沒有想到20年的全生命周期里面,我們是否能夠很好的并網,我們是否在裝機了之后,在座也會有業主,會面臨上網的問題,會面臨被調度,以各種各樣的電網的變化來限電的問題,這里我想講的就是如何從電源側,我們對電網進行主動支撐的這樣一個技術發展,它分為三個方面,一個是虛擬慣量的響應,一個快速頻率的響應,還有是無功支撐和電壓調節,這三個方向。
  
  首先講一下虛擬慣量,可能這個名詞在風電界很少聽到,但是實際在電網方面已經對此有很多的研究,但是它更多的是在模擬說風電、光伏還有這些新能源能否還像他們所熟知的同步發電機一樣具備轉動慣量,來維持電網50Hz或者國外60Hz的頻率和電壓點的要求,而虛擬慣量的響應對于新能源來講,由于我們風電是推動變流器,不管是之驅還是雙匯,通過變流器和電網之間在機械的傳動上是結耦的控制,那么表面上我們是沒有辦法提供給電網慣量支持的,意味著什么?意味著電網在聒動的時候,風電、光伏這些新能源的并網是會把系統的頻率向惡化的方向去拉低。
  
  如何讓風電能夠在電網發生頻率很短暫的突變的情況下提供支持呢,我們用虛擬慣量來完成,何為虛擬慣量?可以說它的時間非常短,只是在500毫秒之內,這個頻率的變化如果超過了慣量響應的罰值,有功率如何在預定的功率誤差范圍內,最短的時間讓風電還有包括光伏這些新能源能夠回到這個功率點。
  
  這里面我稍微普及一下,對于電網來說需要有兩個平衡點,一個電壓平衡點,一個電源,一個是功率平衡點,虛擬慣量對于普通的火電電源來講,大的電場肯定都會被選作要么是電壓平衡點,要么是功率平衡點,也叫潮流平衡點,風電或者是光伏,不管多大的電場都不會選,為什么?就是因為虛擬慣量的能力實在是跟傳統的火電能源和核電是沒有辦法比的,但是聯合動力在近些年和電科院包括變流器的廠家不斷的在虛擬慣量控制方面進行研究,現在我們通過在新疆地區的測試,虛擬慣量響應已經開始有新的技術創新和突破。
  
  虛擬慣量是非常短時間在新能源頻率方面的支撐,如果這個頻率在十幾個毫秒之內,這樣的支撐對于新能源或者是風電來講較快速的頻率響應,它和傳統我們大家熟知的調度來給風電場下指令說,現在需要你的頻率增負荷或者降負荷,最大的不同是什么?
  
  那些是被動的來執行,而快速頻率響應是我們對風場并網點的電壓和頻率有精準的監測,發現它和電網的要求稍有不同的時候,我們研制的能量矩陣系統就能夠結合風機的運行狀況、風速、還有變槳度的情況,能夠快速用風機自動的調節,來執行主動的對并網點,就是風場測的電壓的支撐,這個原理我就不贅述了,基本上就是在功率控制中非常有名的叫下垂特性控制曲線。
  
  對比一下虛擬慣量和快速頻率響應,主要虛擬慣量是個非常短的時間,其實是對系統微分反饋的控制,快速頻率響應對分辨來講是在15秒之內的一個頻率的響應,然后虛擬慣量是機組側,風機本體如何通過變流器還有主傳動鏈、機端側的電壓,主要是風機內部的主控來實現的響應,快速頻率響應是在風場側,我們做的對于電網主動支撐的技術創新。
  
  這張片子是國網新疆電科院發給聯合動力第一張風電實測的調頻測試報告,按照國家2018年頒布的并網標準,對于快速調頻的響應初始時間是2秒,執行完畢的時間是要求在15秒之內,聯合動力的實測響應時間是縮短了1.4秒,我們的完成時間也非常快,縮短了5秒,是一個非常好的結果。
  
  剛才講到了,對于并網點功率的支撐之后,我還想講一下對于不同的地方,對于不同的電網的條件,可能它需要對電壓來進行支撐,這個就是無功支撐和電壓調節,在座如果也業主就會知道,每個變電站電網的設計要求配備無功補償裝置,這個裝置耗電量非常大,但是其實在電壓調節過程中,它可用到的時間也不是那么多,非常的冗余。
  
  集中補償裝置是一個大哥哥,每個風場機組像33個小兄弟,因此可以這么講,風電場通過風機的主動支撐通過這樣的技術創新,是完全可以替代風電場測的SVG裝置的工作,這是應用的實例在聯合動力的風場里,我們通過應用能量矩陣管理系統,有2%的場用電,通過實測是下降到了5%,這里面除了對于功率的支撐,大家也都了解,風電場內的不管是電纜還是架功線,它的網損也是相當高的,如果我們通過機組的電壓控制,來平衡場內線路之間電壓的變化,包括線損度,也是能夠為風電場節約相當大量的成本。
  
  最后我想說一下聯合動力所在的國家能源集團是一個綜合性的能源,它是由原國電和神華集團在2017年底合并成立的,它有全世界最大的可再生能源的裝機容量,在2019年的上半年,整個的可再生能源裝機容量達到了4000萬以上,風電的裝機容量占據95%,還有800萬以上海上風電的儲備。
  
  除此之外國家能源集團,還有氫能和太陽能一系列可再生能源新能源研發團隊,因此在整個國家能源集團也號召我們打造一個綜合性的能源技術中心,所以十四五期間,我們會把工作集中在打造多種能源耦合互補高效能源利用系統的目標上來。
  
  這個圖我主要想說作為國家科技部可再生能源和氫能專項組的指南編寫專家,大家在上上周已經看到,今年公布的指南里邊,在可再生能源耦合這個項目,就定了海上風電制氫,可能是可離網的海上風電制氫的項目,剛才翟總講了說,制氫是一個未來的創新。
  
  今年科技部對于整個可再生能源未來的發展,其實在內部開了很多次會之后,他們也有一個非常超前的想法,是說風電和光伏在規模上已經都居世界第一位了,但是如何在技術創新方面實現引領,是需要我們要有更多的大量的可再生能源未來的技術研發,所以在可再生能源,風能不能自己一家獨大,只想一家的事情,我們要把氫能和儲能做好,如何在2035或者2050年新能源在整個世界供電環境中能夠達到由新能源來主宰,這樣的一個未來科技的技術創新。
  
  這里介紹一下國家能源集團在風光儲能制氫方面的研發,這是一個2018年國家科技部的項目,這是我們依托風電、光伏電站建立了一個直流的微網,通過微網的直流變換技術,探索來實現風電和光伏如果在有富余的情況下,我們除了上網去供電之外,還有其他的能源轉化方式,大家知道電是不可能運輸和儲存的,但是氫能是一個很好的能源介質,它既可以運輸,還可以儲能,而且轉換效率也會比較高。儲能技術也是目前非常火熱的一個技術熱點,對能源的生產和消費革命都有重要的意義。
  
  最后我自己的一些想法是,對于未來,對于風電在十四五的發展,我和大家一樣,都充滿了信心和希望,但是也希望風電能夠在不論作為電源或者作為一種供能的方式,它都需要我們在技術上做扎實的深耕和發展,我的介紹就在這兒,不足之處請大家多多批評指教。
  
  (根據演講速記整理,未經演講人審核)
 
 

 
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