浙江运达风电洪敏：电压源型风电机组的主动组网技术

2020年10月14日-16日，2020北京国际风能大会暨展览会（CWP 2020）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“引领绿色复苏，构筑更好未来”为主题，聚焦中国能源革命的未来。能见App全程直播本次大会。

在15日下午召开的学术发布会上。浙江运达风电股份有限公司主任工程师洪敏作为代表发言。

以下为发言实录：

洪敏：首先讲一下背景和挑战。为了实现可再生能源提高非化石能源的占比，以风电为代表的新能源已经成为我国第二大主要电源，正加速辅助电源和主力电源转变，大家看出占比已经是非常高了，至今为止多个省区装机占比超过了30%。

我国的风电资源跟国外有所不同，主要集中在三北地区，因此我们电网是一个大规模集中式开发，用特高压远距离输送方式，局部地区风电容量远超过同步机组，造成局部地区电网逐步弱网化。风电具有低抗、弱惯量、弱阻力以及若频率电压支撑性，高比例风电系统面临频率稳定、电压稳定，次同步振荡等安全稳定问题。当时锦苏直流发生双极闭镜事故，受端华东电网频率快速跌落至49.56，吉林通榆发生了一个次同步振动，又发生了多起风电串补造成的振动，当时没有解决，把串补取消掉了。

什么是电压源型风机的主动组网技术？先介绍一下电压源型风机的控制原理，有两种方式，有功和频率下垂，另外就是模拟虚拟惯量控制，在无功环节都是一样的。为什么电压源型风电机组可以支撑电网的频率呢，大家从左边示意图可以看出，它是主动控制机组极端的频率和攻角，符合突增，电网频率下降，轴速度不突变。

接下来介绍一下电压源型风电机组的特性，在大规模新能源电源接入电网以后，电网特性表现低短路比或者低惯性，通过最大灵敏度奇异分析，左边是随着短路比减小最大峰值会极具增加，它会虽然短路比的减小，最大奇异值都是在1附近，特性不会随着电网变弱而变差，但是在低频段，3赫兹以下电压源型风电机组灵敏度是在1附近，但是电流源型风电是在0，所以说电流源和电压源各有所长。

我们做了一个研究，电流源和电压源型风电机组极限短路比仿真验证，之前图是在固定参数下得到的结论，现在我们通过参数优化来寻找两种控制下风电机组的极限短路比在哪里，我们得出的结论在这种电流源型控制下我的极限短路比最低到1.4，如果到1.4会出现什么样的情况，这个时候我的功率和电流都会发生波动，有振荡了，小信号已经不稳定了，所以它的极限短路比只能到1.4，对于电压源来讲，即使短路比到1.0的时候，电压源也可以正常运行。还做了小小的测试，在大概第10秒左右，图中的电压源切换成了电流源，如果电流源可以运行，这个时候不会有任何波动的，但是大家可以看出切换了以后会发生了比较大的波动，系统其实是已经失网了，他又重新恢复了一个稳定运行，所以电压源型风机是可以最低到短路比为1的一个极限短路，大家可能会问我，电压源你不是说它适合弱网运行，短路比小于1怎么办，还能运行吗，不行的，因为短路比为1的时候，其实我线路输送容量已经达到了极限，极限是U的平方除以X，X等于1的时候，说明额定容量已经最大了。

刚刚那个结论是一个风机接入无穷大电源的仿真，有典型的4级两驱系统，大家经常做机理分析，在第8和第9个节点这个地方分别接入两个风电场，在如果采用电流源型控制，这个系统在线路不发生真容的情况下，加起来是850兆瓦，这个时候系统已经发生了振荡，如果改为电压源我可以这两个电加起来接入达到2400兆瓦，系统仍然是稳定运行的，因为线路输送容量已经达到了极限，说明了在同样的电网下，同样的接入点下，如果采用电压源可以大大提升风电接入容量的极限，我们在这里面也做了一个切换测试，前面如果用电流源运行的时候是有振荡的，切回电压源立马维持一个稳定运行。

现在分析另外一个宽屏振荡的情况，它跟串联的电容很容易引起次超同步振荡，与并联电容非常容易引起高频振荡，为什么呢？左图的上方是双溃机组的图，在不同的控制方式下，尽管我前面的电路参数它是一样的，但是我的控制形成的等效阻抗不一样，导致特性不一样，通过小信号分析，建立全接的双溃机组的模型，在振荡模态分析的时候，我们会发现两对次超同步振荡附近的特征，而且会形成两个振荡频率，这两个关系加起来等于100赫兹，实际现场中在实现串补引起的两对振荡频率，大家可以看一下电流源型风机，随着串补度的等等，特征它会开始向600平米移动，就代表系统已经发生了振荡，而电压源型风电机随着串补的增加，但是始终都没有超过虚轴，始终都是稳定的。

我们进行了快速调频的算例分析，电流源跟电压源进行一个对比，同样电压源型风机支撑频率的效果会更好，它频率下降的更小。这是故障穿越的分析，也在弱网下电压源型风机实现了故障穿越的特性，它能够很好的支撑电网的，未来在风电场当中，可以通过一台风机加上很小的储能，就能够有一台建立这个电压，而其他陆续并网形成一个黑启动的过程。

电压源型风机确实有上述各种好的特性，但它最大问题是攻角稳定问题，目前我们也在研究当中，应该很快就会有突破，突破以后，风应该没有产业化上技术难题了。

未来总结展望，电压源型风电机它更适合弱网，电流源风机更适合强网，他们根据一定的比例在风电场内并联混联的一个场景，混联的比例由我们主控系统根据电网实际的情况来进行实时的调节和控制，谢谢大家。

（根据速记整理，未经本人审核）