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远景能源智能风机解决方案负责人张轩出席会议并发表了题“风机大规模并网稳定性问题分析及解决方案”的主旨演讲。
以下为发言内容：
张轩：各位领导、各位专家、各位朋友大家上午好。今天的主题就是我们的风机，或者新能源行业，尤其是电力电子设备接入容量越来越多的情况下，会对电网造成什么冲击，以及我们的认识还有他的解决方案是什么，所以我这儿主要是针对风电行业，关于我们最近在学术界比较人们的问题，我们是怎么分析的，怎么解决的。
分成三个部分来讲我的专题报告，一个先给大家有一个感性的认识，加入风电，光伏之后危害是什么，第二跟大家讨论一下机理是什么，第三个我们远景能源方案都有哪些。首先我先讲第一部分，大家可以看到，在最开始的时候，还没有到风机，最开始的时候电力系统对次同步振荡有一个定义的，我们都知道，频率就是50赫兹电网的频率，美国60赫兹，引发振荡的时候有50核子、20赫兹。这是当时1970年的时候，美国火电厂发生了问题所以那个时候他们就开始研究，到了21世纪的时候，新能源大规模介入。本来在美国搞的差不多了，结果在21世纪新能源介入之后，又出现了一些问题。
咱们看一下他的几次事故，1970年的时候和新能源没什么关系，在美国有一个电场，产生了次同步振荡问题。搞火电的大家应该知道，里面有很长的轴，轴除了发电机带动的之外，还有高速轴、中速轴、低速轴。除了50赫兹之外会有其他的频率，会产生扭振，轴会产生损害，这就是非常大的事故了，发电机就必须停机了。结果到2009年的时候，这个时候跟风厂有关了。从电路分析来看，振荡导致大规模风机的脱网。接下来我国有两个安全生产事故，一个2012年，一个2015年，我们平时也往现场跑，实际上小的振荡没有引起重视，如果说我们真的研究这行的话，会发现很多时候是振荡引起的。
现在风电的光伏，有了振荡之后，就会产生大规模的脱网，而且还会导致本身原有的发电设备产生故障，最终导致电网的安全事故。这就是一个案例，风电厂原来在这个地方，因为我之前因为咱们都是电力设备的专家，所以我有些东西讲的比较具体，这儿我就比较浅的说一说，大家有什么问题可以问。本来这儿接了风电厂之后，有一个串联器，电感刚好跟电容形成一个电路，正电阻的话抑制就会衰落，如果这个地方，在纯电阻方向如果是负的话，就会有一个振荡。当时产生了这样一个机理，振荡起来了，所有的风机全部脱网。
这是2015年新疆哈密地区，是非常重大的一个事故，当时也有很多国家的各个方面，当时都在做这方面事故的调查和分析。从电力电子角度，或者从风机的角度，这个风厂会产生什么呢，他的负阻抗特性由变频器产生的，产生的频率不光是有次同步振荡的频率，而且同时他和当时几百千米之外的火力发电厂，他们的共振频率是相同的，而且频率这个东西和电压幅度不一样，电压幅度比如我这儿有一个一百千伏的，过了多远之后会衰减。这个就传播了电压，和他们的中速轴产生了共振，产生了共振之后，直接导致了当时电厂全部都停机了，还好他旁边是有一个高压输电，带有了保护系统。刚好带了之后，仅是进行了停机，全部停机，但是对当时的火力发电机组没有什么损害，他这儿有三个频率，其中一个频率是30赫兹，和中速轴是一样的。
接下来，刚才给了大家一些例子，在这儿可以看出来，电网现在有一个新的运行环境，这个环境和以前不一样了。上世纪70年代的时候，根本没有什么新能源发电，那时候大家定义很简单，就是50赫兹以下，他是转轴，火力发电在某些情况下会产生负阻抗，负阻抗和电网进行分析的时候，就会发现总体来说会有一个不稳定。但是如果说我把这个去掉，用很多抑制装置或者算法，现在都已经解决得很好了。
但是到了新能源发电越来越多的时候，我们可以看到，大家还把那个东西叫次同步，实际上内涵已经发生变化了，我们就叫做50赫兹到100赫兹周围的频率范围振荡，如果细的分析，下面可以再讨论。那个时候就和50赫兹没有任何关系了，就是由变频器里面的阻抗和电网的阻抗不匹配，所产生的振荡问题。和他发电机本身是不是50赫兹完全没有关系，可以从5赫兹到100赫兹随意有飘移。
然后我们讲一下次同步振荡问题的机理，刚才已经对他的概念，还有他一些实例有一些认识。接下来我们看机理，我们这儿可以看到，这儿实际上是我们引用清华还有国外教授，包括我当时在美国的时候，一直在做这方面的研究，我们对这个方面的分析，大体的分析已经是比较清晰的，振荡模式有三类，一个电力电子装置之间，会有一个负阻抗的不匹配，当然也不一定真的说是负阻抗，提到负阻抗只能说是一种分析方法所产生的，你在这个分析方法下，你说这个词大家就理解。但是从大的概念上来讲的话，他就是电力电子装置互相干扰所产生的。还有发电机和电网之间，有LC谐振。第三就是发电机的轴心扭振。
我给大家简要的讲一下，现在中国主流的就是双倍风机和持续风机，我们分析的结论，他们的振荡机理分别是什么，这是一个持续风厂，持续风机如果给他建模的时候，可以看到他在建模的过程中，在某些情况下可以实现负阻抗加电容的模式，在这样的情况下，因为传输线本来是有感性的。负阻抗和电网，传输线肯定有负阻抗的，这两个加起来之后然后来LC的滤波电路，这样的电路，如果说风机本身负阻抗和传输线上的电阻之和如果还是负的话，这样就会产生振荡。这个时候就是两个原因，一个和风厂规模有关，规模越大的话，负电阻效应越大，也和他的控制有关。这是一个振荡模式，这个振荡模式下，如果大家做分析的话，是在某一个焦点出就有一个振荡频率。
如果我分析电网和风机，风厂之间振荡匹配的话，你会发现他有好几个点的交叠，他就会产生多个振荡频率。因为他这种振荡频率，如果大家看就会知道，假如说出现20赫兹振荡的话，又把振荡频率进行了翻倍，因为他振荡频率比较多的，某一个振荡频率下，和火力发电机产生共振的话，就会有问题。但是他的振荡是比较单一的，他就是电容器主导的，风机叶轮也好，发电机也好，都是通过变频器进行的。
然后双会风机，一方面他和直驱的产生机理是一样的。虽然他那种情况下机理是一样的，但是他产生的可能性比较小，因为同样的风厂，一个满功率，一个只占了20%的功率。这是刚才我说的和直驱一样，但是可能性比较小。还有一种比较特殊的，双会从定子，电网接到定子之后，定子是感应发电机，中间的转子接了机侧变频器，这个东西是直驱没有的。这样的话就形成了一个新的东西，这个新的东西就是传统的感应电机，再加上转子。这个装置我们分析下来，他会在功率比较低的情况下，会出现这样一个振荡，这个实际上是整条电路，整条电路在某些情况下，也会形成一个负的，形成负的东西之后，整体的电阻会变成负值，变成了负值之后，这样的情况下，后面又有电感，又有电容，这样的情况下，他振荡的模式，马上也会产生。但是这样的情况下，刚才我说的直驱，整条电路里面自带一个电容，但是双会里面，他里面的整条电路，虚线左边这部分是没有自带电容的，所以他这儿的意思是什么呢？如果有振荡的话，必须是在电路里面有串联补偿器，在线路里面自己加一个电容。如果没有串联补偿器的话，肯定是振荡不起来的。
他振荡的频率是比较固定的，外边的电感和电容，传输线路已经定好了之后，这两个值是定好了，最后我们得出的结论基本上在5到10赫兹左右，在这样的情况下，你在人眼睛看到的振荡他是50+-8赫兹，会产生两个振荡频率。这是刚才说的，直驱和双会，我们国家非常常见的两种形式他的振荡机理。
在这儿提一下我们次同步振荡的解决方案，刚才说了机理，我尽量的用简单的方式给大家解释，不知道大家有没有听明白，下面可以交流。次同步振荡实际上分成三个部分，一个最主要的还是要看电网配制，如果电网的配制很到位的话，或者说他电网做起来比较坚强，所谓的坚强就是我知道风电厂到底能设计多大，什么样子，模型是什么。在这样的情况下，那就是非常好的配置了。但是现在来说，我们国家行业里面，因为我知道有很多人在做这个研究，但是真正形成一种标准，或者说有一些设计人员，他真的在设计的时候考虑这些，现在来看的话，起码我见到的几乎没有。
刚才我一直谈到电阻的问题，如果完全变成正阻尼的话，肯定还在某一些频段上有负阻尼，第二对能量的损失，或者动态响应的结果是比较差的，对风机来说。因为风机要的就是动态响应非常高，电压很快。但是我刚才说的，在全频带加阻尼。如果在某些，我认清了振荡频率可能在哪里，或者让风机自己感受，他可能发生振荡的频率在哪里，这样的情况下，风机就会在那个频带里面加阻尼控制，加正的阻尼进去，正的电阻进去，这样整个电路，就可以非常明显，有效的抑制他的振荡。
接下来预波装置，一共三个方面。针对这几个方面，第一个必须在项目前期要抓住他的关键电网配制特征，要有风险识别能力，要知道电网或者风场怎么建立这个模型，电网怎么建立这个模型，和以前的不同在哪里，因为以前三大计算的话，以现在三大计算的潮流计算，动态计算，里面很多的模型，尤其是引起振荡的模型是没有考虑进去的。在这样的情况下，能不能把前期，没有考虑到的配制考虑进去。第二对电网进行非常好的分析，把模型的结构搭出来之后，具体的参数必须要知道，而且有很好的建模方式来解决这个问题。
接下来建模好了，可能在某些情况下产生振荡，这样的情况下，根据风机，你如果对风机很了解的话，接下来对风机的控制进行改进。给大家举一个简单的例子，这是我们公司花了很大的力气，做了一套非常精细的，专门用于电网振荡研究的一套仿真模拟系统，这个模拟系统可以非常精确的模拟出电网，什么样的风厂下，什么样的电网下会产生振荡，而且是多少频率的振荡。结果是一致的，能够一致关键在于仿真方法，建模方法。建模方法如果不考虑有些东西的话，或者不在某一个特定的坐标系下考虑东西，有的信息就漏掉了，在这种情况下看不到什么。
首先把模型建立起来，模型建立起来之后，接下来就是对整个电力系统重点的建模，重点的建模，在哪几个方面呢？实际上最主要的一个就是他的感应电机，还有风机的模型，接下来就是变频器控制模型，这个很可能会漏掉很多关键信息，最后得到的是不正确的结果。这个我们做了很多工作，这是仿真图，从不稳定到稳定，从圈外到圈里面。
既然刚才已经分析完了，就有一个振荡抑制，一个是加一个阻抗，加一个阻抗相当于是并联的模式，把虚拟阻尼加进去。接下来我们在这儿，刚才我说串联的模式，会加组策滤波器，可以把中间振荡频率上的能量滤掉，如果你认清了机理或者有方法的时候，这个东西就不是很难了，可以再到理论或者模型里面验证这个东西有没有效，只要有了方法其实就不难，这是一个。还有对于风机或者风厂，怎么让他们在前期识别可能马上产生振荡，这个东西是非常关键的，有了这个东西，再结合强大的分析，对风机的认知能力，现在可以在风机内部设计好，在风机内部就产生这样一个滤波器了。这是我们的实验基地，我们加了很长的，或者是有电容，来验证我们的算法。
接下来就是东北有风厂，实例，有好几个风厂，这样的情况下，就产生了振荡，在这个情况下，最后找到了我们，开始进行问题的解决，实际上当时几个月的时间，振荡了一百多次，业主觉得已经受不了了，但是其他的厂商，因为那个风厂里面好几家，找到别人的时候，大家好像觉得也都不太有有力的解决方案，我们当时进来了之后，在一个月的时间。因为我们当时基本上把算法刚搞完就出问题了，直接把这个算法从实验室拿到了现场，然后可以看到，这儿有一个8赫兹的振荡，在方案改进之后，就有一个明显的抑制。
我今天就讲到这里，谢谢大家。
