阳光电源股份有限公司级联产品线总监孙伟:大容量电网模拟器及拓展应用

能见App 2023年10月18日 3787

2023年10月16日-19日,2023北京国际风能大会暨展览会(CWP2023)在北京如约召开。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,聚焦中国能源革命的未来。

 

本届大会以“构筑全球稳定供应链 共建能源转型新未来”为主题,将历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“全球风电产业布局及供应链安全”“双碳时代下的风电技术发展前景”“国际风电市场发展动态及投资机会”“风电机组可靠性论坛”等不同主题的21个分论坛。能见App全程直播本次大会。

10月18日下午,阳光电源股份有限公司级联产品线总监孙伟在风电产业技术创新论坛II上发表题为《大容量电网模拟器及拓展应用》的主题演讲。

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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