CWPE2018：上海电气风电集团有限公司电气室主任俞庆——《海上大容量风电机组柔性并网接入技术探讨》

 

　　上海电气风电集团有限公司电气室主任俞庆在嘉宾演讲环节发表了题为《海上大容量风电机组柔性并网接入技术探讨》的演讲：

 

 

　　众所周知，我们国家拥有1800多公里的海岸线，可利用海岸面积有300多万平方公里，正如昨天气象局张教授给我们展示的，在我们国家的沿海海域在冬天和春天有北方的冷空气，在夏天和秋天有热带气旋的影响，因此我们海上的风能资源是非常丰富的。我们对于整个海岸线沿海海岸分了三个区域：一是在以山东为主的渤海湾以北的地区，这部分地区年平均风速在6-7米之间；二是江苏和浙江以及广东的一些区域，这些区域年平均风速在7米，受到台风影响也比较小，偶尔夏天有一些台风经过；三是广东跃动福建海域是8-9米。从海洋地质情况来看，国家海洋分布是在北方的地区海底情况比较平坦，越往南海底有山地的形势，福建和广东区域海底以山地为主，所以因此在建设机组的基础的时候是比较困难的。

 

　　随着风电的“十三五”发展到了2020年底，海上风电的装机总容量将会达到5GW以上，开工容量会达到10GW以上。2017年是海上风电迅猛发展的一年，总的装机量达到319台，新增装机容量达到116万千瓦，同比增长97%。其中我们公司新增装机容量58.8万千瓦，2017年共吊装147台，同比增长50.5%。

 

　　这张表是截止到2018年3月份，我们的公司只是海上一些业绩，4兆瓦130的机型是一款比较稳定的成熟的机型，最早安装的一台机子在海上安装了已经近5年的时间，这台机型我们共建设了20多个风电场，在福建和广东区域我们主要中标的机型都是6兆瓦和7兆瓦为主。

 

 

　　我这边拿来这张图一个是特斯拉，一个是爱迪生，从人类发现电以来我们交直流电之间的交锋就一直没有停止过，特斯拉把我们带入了一个交流时代，有了交流以后就可以升压电力传输。随着现在技术的突破，2002年两位德国学者共同提出了MMC的拓扑结构，模块化多变频的换流器成为直流输电的主流趋势。海上的风电场昨天很多专家也说明了，海上风电场现在越来越多往深远海发展，离岸距离越来越远，这种情况下交流的远距离传输就会遇到瓶颈。得益于技术的发展，海上风电场的直流并网变成了一种可能。

 

　　这是一张典型的海上风电场并网图，我们从这张图可以看出整个风电场分为三个层次：一是机组层级；二是风电场层级；三是输电线路层级。输电线路层级又可以分成两种形式，一种是交流，一种是直流。直流输电也大致分成两种路线，一种是全控的MMC形式，第二种是不可控的二极管，海上的换流站用MMC形式或者用二极管形式，国内大多数研究形式是在MMC形式的换流站，欧洲现在已经开始在往这方面研究，并且有相应的项目是不可控的二极管的换流站的海上风电场。

 

　　这是MMC全控性柔性直流输电系统，通过海上直流线路汇流到海上的升压站，直接用直流线路输送到岸上，由岸上的换流站形成逆变流升压汇入大电网。我们国家也有这方面的示范项目，比较著名的一些示范项目有上海南汇的两端柔直，通过这些示范的项目我们已经基本具备了多端柔直直流输电方式、运行方式，多端柔直直流方式之间的切换，故障穿越，多端柔性动态性能，MMC环流阀桥壁环流抑制、MMC模块电容排序及冗余模块切换，以及多端柔直保护功能配置及策略等技术难点。

 

　　我们上海电气也与上海交通大学蔡教授团队共同完成了上海市科委的一个科研项目，海上风电柔直并网及深远海风电机组关键技术研究项目，在这个项目中我们提出了适用于并入柔直的风电场，和柔直换流站控制策略，以及提升互联系统稳定性的换流站控制策略。

 

　　这张是整个MMC换流站并入时的一个控制架构，从这边可以看到包含风电场的控制器、风机控制器、海上换流站控制器，从这张拓扑图上能够很明显的看出这些控制器之间都需要进行信息的交互。

 

　　考虑到海上风电能量是一个单向流动的能量，因此海上的风电机组输出能量单向流动到岸上，欧洲就开始考虑用二极管换流站的方式来取代传统的MMC换流站，二极管的换流站相比跟MMC换流站之间的优势在于能够减少繁复的控制环节，比MMC换流站运行可靠，同时也能够降低投资的成本。从这边可以看出，这个是风电场、升压站、二极管、二流管，从直流线路一直输送到岸上，但是在这个系统中需要一条小容量的交流回路，为风场的启动建立启动电压，一旦风场启动以后就可以由二极管换流站将能量输送出去，这个时候我们就可以断开小型的交流辅助回路了。

 

　　这是在海上二极管柔性并网技术的一个控制架构，我们可以从最上面橘红色的是风场输电系统的协调控制器，岸上换流站的控制器，这边是海上集群控制器以及海上风电场控制器，以及风机的控制器。这些控制器之间有哪些功能呢？下面我给大家简单介绍一下。

 

　　主要功能是在系统启动和停止时控制运行，在发生故障时进行系统诊断和重新配置，同时接收上级电网的调度指令，同时也是协调岸上电网的一个辅助服务，如调频、有功出率的管理等。这是作为风场输电系统协调控制器与风场控制器之间的一个接口，将交流并网同步能够交流并网启动时的一个同步作用，并且是交流、二极管、换流站的协同控制，处理并向风电场控制器发送运行命令和工作点指令。这边有一个风场控制器，其实在有的整个输电系统中如果是用单加的一个风机就不需要一个风电场集群控制器，直接用风场控制器就可以了，这边的拓扑是考虑到比如说整个系统中有各家不同的风机，考虑各家不同风机的控制器，因此就多了一个控制的层级。

 

　　风电场控制器的主要功能是协调控制集电线路和输出层级的功率，同时作为风电场集成控制器与风机之间的接口，向单个风机发送运行命令，同时也兼有风电场的优化，无功功率的优化，和线损最优化的控制。

 

　　这个是在海上柔直并网输电系统下的一个风机控制器的展示，我们可以看到机组的控制器在交流并网时，或者是孤岛运行的时候要实现电压的控制功能，在输电状态下完成有功功率的控制，风电场交流电网的一个频率的控制，系统的模式的变换，或者发生故障时能够进行检测，并且进入相应的操作模式。

 

　　这边是一个直流电网的一个典型的三个拓扑形式，由点对点的、树状的以及网状的，有的时候根据不同的地理环境也可能是一种混合的形式，具体适用于哪种形式就完全需要根据海域以及投资的一个成本，从可靠性的角度去选择。

 

 

　　下面请允许我为大家介绍一下我们上海电气的海上的一些明星产品。首先是这款4.0-146今年新发布的产品，整体密封设计能够防止内部器件的腐蚀，配备全功率的变流器，因为我们采用的是属龙（音）的发电机，配备全功率的变流器保证有功功率和无功功率的灵活调节，状态监测系统能够提高整个机组的可靠性。

 

　　另一款也是我们今年新发布的一款产品，是6.XMW-172，其实我们这款产品真正定义是6.X-172的，是目前国内最大风轮直径的一款产品，172米，具有更强的发电能力，同时一个平台化的设计能够根据不同的项目风资源的情况灵活的提供解决方案和容量的配置，最大化业主内部收益，同时大容量的机组还可以集约用海，尤其是在南方山地地区，因为基础的问题，一个基础非常难打，所以这么大款的机型就可以发出6兆瓦甚至更多的电，能够帮助客户解决海洋环境和海域受限的问题，它接入我们公司的云中心大平台，能够进行后台的分析，实时对故障进行监测监控，降低运维频次，同时提高发电量。

 

　　这款产品是我们和西门子格美撒（音）经过20年四代产品的不断技术提升，这款产品成为了一个优秀的系统工程的设计典范，7.0-154是基于零伤害的设计，充分考虑了海上环境运维风险，有非常优秀的人机工程设计，能够确保运维人员安全和舒适性。配备了独特的叶片设计以及系统的设计考虑，能够确保发电量提到最高。这边我们比较有亮点的一点，因为在同一平台上有一款6.0的产品。在兴化湾今年2018年超强台风玛丽亚台风过境的时候，这款6.0的产品完全没有停机，25米风以后它是经过了一个高风穿越，整个台风过境期间它始终是在发电的。

 

　　我们海上风电机组在全交流并网时也考虑了柔性并网技术的接入，有一个故障穿越的功能，低电压穿越和高电压穿越，并网的适应性，不平衡适应性，谐波适应性，电压的偏差，频率的偏差，以及电压闪变的适应性，还有电压的稳定性，并且对电网有一定的支撑，能够参与系统的调频调压，机组对外呈现虚拟的发电机状态。

 

　　在这些单机的柔性控制的基础上我们还有一个场控的MPPP系统，这边列出了MPPP的工作流程，这边MPPP参加电压调节的一个工作流程。

 

 

　　我专门拿了这么一张图就是八卦，之前我给大家八卦了一些海上并网技术的这部分内容，其实我们中国一直讲究的是柔和，阴阳融合，在海上直流并网技术中也是一个融合，一是交流和直流之间的融合，同时也有控制系统之间的融合，刚才介绍了支流并网技术需要更多的场控技术，单机的一个控制技术。

 

　　我们国内现在示范工程多为MMC形式的换流站，在这部分我们有很大的技术储备，也有运行的经验。对于海上二极管换流站我们也只是更多的是一些研究性的内容，另外直流器件，直流的高压断路器还没有形成完整的产业链，所以整个器件采购成本非常高。因此我们认为柔性直流关键技术运用才刚刚开始，需要我们各方面不断努力，谢谢大家！

 

　　（发言整理自现场速记，未经本人审核）