阳光电源梁信信:风电储能变流器关键技术与应用探讨

能加App 2021年10月19日 3731

2021年10月17日-20日,2021北京国际风能大会暨展览会(CWP 2021)在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京。

本届大会以“碳中和——风电发展的新机遇”为主题,历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“国际成熟风电市场发展动态及投资机会”“国际新兴风电市场发展动态及投资机会”“风电设备智能运维论坛”“碳达峰碳中和加速能源转型”等不同主题的15个分论坛。能见App全程直播本次大会。

在19日上午召开的风电机组技术创新论坛上,阳光电源股份有限公司风储产品线总监梁信信发表了《风电储能变流器关键技术与应用探讨》的主题发言。

以下为发言全文:

梁信信:各位专家和观众好,我来自阳光电源。

今天汇报内容主要三个部分,第一是讲一下这个大背景,因为不管是新能源、风电,还是光伏都是息息相关。从数据、3060目标来看,风电和光伏的发电量其实是一个最直接的变化,但其他可能需要关注的是这个特性,讲到特性,我们大家可能更多的是讨论机组更多大功率化,但其实机组并网更多的是风电变流器来承担,所以从风电量的变化,其实也想到质的变化,风电接触电网的时候,一方面提高发电稳定性,另一方面是我们能够承担起,提高入网友好性、稳定性。从图中简单看一下,我们现在随着大功率风电机组,关注的不光是高电压穿越,比如电网振荡问题,我们也考虑变流器接下来怎么做,怎么能够把变流器功能融入到3060这样友好性定位中。  

讲到新能源不免就讲到储能,从去年开始中国20多个省份就提能新能源要加储能,加集中式的储能,作用更多的是和电网和电源侧连接,提供一些意思调频包括调风这些功能定位。做便利器也在思考一个问题,现在从乡村振兴这些政策,包括这些场景来说,是不是也有很多这种离散、分散式这样一些储能定位,怎么把分散式储能和集中式储能结合起来,和大家交流一下想法。    

讲一下储能变流器储能性这个情况,以这个风电机组为例,风电变流器本身发的电频率都是不一定的,接到这样的变流器装置,通过把这个变成稳定的电,从2010年之后就国产化了,因为2010年之前,更多看到的是ABB或者是西门子这些国外变流器,我们变流器的控制,仅仅是依托与器件的发展,现在主流控制算法包括总量控制70年代已经发展成熟,但是因为变流器要实现这种电力电子化快速化控制息息相关,通过这种硬件拓普这样一个载体,结合算法来实现这种并网控制功能。    

这个图是传统变流器工程策略,通过这个有功和无功电流的解耦,实现三项电流的控制,因为不直接控制三项电网并流,是通过把三项电流解耦到有功和无功这两个有实际的这样物理意义,来实现机组下发给我们的控制策略,其实就是传统变流器控制策略,至于刚才讲的一些低穿、高穿辅助工程算法也是通过其他的一些实现的。我们传统的电能传输架构就是变流器把发电机发出来的交流电,通过福祉和频率调制,送到电网当中去,把两端口,两个交流侧端口变流器并网的架构,在16端口又通过设计增加了直流变换器的功能,使得传统变流器具备储能变流器的功能,除了能够完成发电机组并网发电的功能外,还能够直接连接储能电池、储能介质,实现储能这个功能。   

我们传统风电变流器上增加了接口,使得能够实现与电池介质电流交换。简单来说就是电池的充电和放电,但这个充电放电可以结合我们具体应用场景。这是我们设计考虑三个方面:

第一,一体化设计,一体化就是一个集成设计,现在是平价时代了,虽说把变流器增加了新单元,但还是想降本提效,把单元集成到整体变速器里面,共用同样软件控制平台、整个模块化结构,使它能够在增加最少制裁成本的情况下,具备风电变流器功能定位,同时具备定位之后,我们也考虑高安全储能系统,通过一些直流回路熔丝的设计,智能温度化的检测,因为它是直流,和我们交流还是有本质区别,直流它不像交流有过流点,这个方面我们也考虑了,对于接线松动,接触电阻的检测,我们都集成到变流器的里面。

第二,在集成硬件结构之后,把功能定位惯量和一次调频通过增加储能介质,做成风电机组的标配,就是现在机组做惯量或者是做一次调频,可能是通过牺牲最大功率点来做的,预留这个备用功率,但如果实际上这种在风电场运行肯定这种方式可能是不太可能的,大家可能知道,因为牺牲发电量来预留这个功能肯定是不太现实的,所以说通过这样一个变流器,通过这个储能介质把惯量和调频作为一个标配,另外我们通过直流侧这样加储能之后,在储能变流器上实现的这些离网运行、运行模式都变成了风能变流器上一个标配,其实通过这样的一个设计,使风电变流器完全具备储能变流器应用场景和功能模式。

第三,直流侧增加,在一些高电压和低电压载电控制上通过储能的加入提升变流器的稳定性,运行在设计方面的一个考虑。  

下面我想分享一下,不是简单的集成设计,相当于对风电变流器稳定性。因为风电变流器直接并网,对并网的稳定性增加单元,对并网有好处,没有坏处,到底是什么样的?我们做了一个仿真、一个建模分析,这个建模和我们传统的电流电子建模有点区块,因为这个建模不太好做,从直流母线,把变速器直流侧来输入端,从直流侧来建模,把储能等效成一个电压源,我们做了一个假设等效,然后假设等效可以看到中间直流母线端口看到一个单端口模型,通过这个模型,对他进行分析,主要进行分母进行稳定分析,只有分母出现了无穷大,才会有这种存在,我们通过这个曲线存在,发现增加这个储能之后,在储能和充电和放电的时候,对我们稳定有非常有意思的现象,在充电和放电的时候这样影响是不一样,什么意思呢?在充电的时候和放电的时候作用是相反的,离负1和0的距离一个是随着储能增大,一个是远离它,一个是靠近它,代表是它更稳定有可能是不稳定,所以从分析说,配的储能功率它不是越大越好,从母线这个实现和仿真来看,可能5%和10%功率最合适,这也是给大家分享这一点。

储能变流器的控制模式,一是增加它这个直流侧的控制,变流器控制主要是对交流侧控制,平常稳定直流侧的控制,但除了变流器直流电压外环相当于提高直流侧,同时提高风电,提高应用之外,之后才能够和电池进行充放电,去参与惯量和调频这些场景。我们做实验仿真这些数据,对直流电压的一个条件的控制,从左边这个图是地穿高穿连锁,对比了传统的风电变流器对比,就是从第二个图电网出现不对称的时候,对直流侧通过直流侧加强性的控制,加强了它稳态和载态,大概加了10%的储能,这个动态和载态的变化有明显区别。

讲到储能和辅助调频,惯量就是对频率变化率的支撑,调频是频率偏差的支撑,如果增加了储能介质,使得储能风电变流器实施机组预留这个能量,完全可以通过储能来提供,以前风电机组惯量因为它释放动能,存在响应了惯量功率之后,功率二次电路,存在一些问题。但通过增加直流端口增加了储能之后,惯量和调频成了一个标配,其实都不存在这些问题。就是说风电做好风电电网发电的时候,储能做好储能的事情,通过更少的配置,来使配电机组友好型的功能,

最后总结,现在这些场景其实还需要不断努力。希望风电的同仁一起来共勉,我们是心存高远,但是还要脚踏实地继续加油干,谢谢大家。

 

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)