金風科技股份有限公司研發(fā)中心副總經(jīng)理楊志千：金風風電構網(wǎng)技術探索與實踐

2023年10月16日-19日，2023北京國際風能大會暨展覽會（CWP2023）在北京如約召開。作為全球風電行業(yè)年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京，聚焦中國能源革命的未來。

本屆大會以“構筑全球穩(wěn)定供應鏈 共建能源轉型新未來”為主題，將歷時四天，包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對話、創(chuàng)新劇場以及關于“全球風電產業(yè)布局及供應鏈安全”“雙碳時代下的風電技術發(fā)展前景”“國際風電市場發(fā)展動態(tài)及投資機會”“風電機組可靠性論壇”等不同主題的21個分論壇。能見App全程直播本次大會。

在17日下午召開的“碳視角下的新型電力系統(tǒng)”主題論壇上，金風科技股份有限公司研發(fā)中心副總經(jīng)理楊志千發(fā)表了題為《金風風電構網(wǎng)技術探索與實踐》的主題演講。

以下為發(fā)言全文：

大家下午好，前面幾位專家都是非常宏觀和非常系統(tǒng)地給我們做了分享，我的報告和分享會比較局部，主要是向各位同仁介紹一下金風科技在構網(wǎng)技術方面所做的一些探索和實踐。

我整個報告分為四個部分，第一個介紹一下構網(wǎng)技術，包括我們在能源新時代下電網(wǎng)的需求。第二個對我們所做的構網(wǎng)型風電機組、技術和產品做一個介紹，第三個基于構網(wǎng)型技術面向電網(wǎng)的整體解決方案，最后是一些實踐和應用的情況。

首先看一下發(fā)展背景，這一頁是世界各國對于風光新能源出力占比的情況，2022年我國的風光發(fā)電占比電量占比大概是14%，其實對于“雙碳”目標提出，預計到2060年發(fā)電量占比肯定要超過50%的，就是在電量上面會有一個比較大的提升。第二個在2022年已經(jīng)有局部地區(qū)整個滲透率達到200以上甚至300%，在電量上面已經(jīng)存在瞬時和局部70%，預期2060年可能會接近100%電量占比成為常態(tài)。

以風光為主的新能源發(fā)展，會給電網(wǎng)包括發(fā)電企業(yè)帶來哪些挑戰(zhàn)，新能源高占比的電網(wǎng)挑戰(zhàn)有哪些？我們只是做了一些局部的總結，它并不全面，主要有以下幾個方面，第一是電網(wǎng)的短路容量會有一個明顯的降低，對應的就是短路比低于1.5的區(qū)域會逐年增加，這種故障的影響范圍也會越來越大，系統(tǒng)穩(wěn)定性風險會加大，這邊可以看到部分發(fā)達國家地區(qū)電網(wǎng)強度的變化一直都是呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢。第二是新能源高占比電力電子化，它帶來的寬頻振蕩存在風險，我們在原來的電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、功角問題基礎上還要考慮振蕩穩(wěn)定，還有基于電力電子變流器控制的一些穩(wěn)定分析，這個系統(tǒng)風險會更加復雜。第三個就是對于電網(wǎng)總體慣量，由于風光新能源具有一定的波動性，它就會存在著短時慣量的降低或者變化的情況，就更需要一個有效的支撐。

針對這些問題，從電網(wǎng)的角度、發(fā)電業(yè)主的角度、設備廠家，全行業(yè)都在共同尋找應對的方法和方案。從要求上來看，整個風電并網(wǎng)要求以及規(guī)范是越來越嚴格的，高比例多場景下面它的需求主要來源三個方面，第一個就是基于傳統(tǒng)的新能源并網(wǎng)的標準，第二并沒有包含在并網(wǎng)的標準中，但是來自一些專業(yè)的要求，比如說對于振蕩的阻尼控制要求。還有一種來源是來基于電網(wǎng)的發(fā)展趨勢提出新的要求，比如說柔性電網(wǎng)、高滲透電力系統(tǒng)、源網(wǎng)荷儲的綜合電力系統(tǒng)、分布式電力系統(tǒng)，要求規(guī)范也會越來越多。

怎么去應對或者說滿足這些需求，我們在電源側提出了構網(wǎng)型風機技術的解決方案或者路徑之一。構網(wǎng)技術基本的理念是模擬同步發(fā)電機的運行原理，對新能源機組有功偏差經(jīng)過轉子運動方程映射的方式來形成類似于同步機的相角，電壓頻差經(jīng)過勵磁等效形成幅值，自主建立內電勢，呈現(xiàn)一種電壓源外特性。特性方面首先表現(xiàn)出慣量屬性，能夠降低頻率的變化率和幅度。第二是電壓支撐，可以表現(xiàn)出對擾動的物理反應，能夠降低電壓變化率和波動，第三故障支撐，整個抗擾性得到支撐，可以幫助系統(tǒng)的穩(wěn)定。最后是阻尼可調，基于控制的阻尼參數(shù)，能夠在一定程度上幫助降低或者化解寬頻振蕩的風險。

金風科技是在2019年風能展期間發(fā)布了構網(wǎng)1.0產品，在今天又發(fā)布了2.0的產品。2.0產品主要有什么特征？第一個就是強支撐，能夠對剛剛提到的電壓、頻率、故障和阻尼提供相應的定量的支撐。第二個增收益，增收益是個相對的概念，它主要是要通過系統(tǒng)集成設計和并網(wǎng)定制化以及控制靈活性，以及降低綜合電網(wǎng)穩(wěn)定設備的運維成本，這幾個方面去體現(xiàn)收益的增加。具體在技術參數(shù)方面，可以實現(xiàn)150%到300%短路電流支撐，還有接近于零延時小于5毫秒的慣量響應，以及從0.5到2.0參數(shù)范圍內的阻尼可調，由此可以支撐潛在的新能源100%場景的送出，具備黑啟動的功能，承擔具有主力電源的功能和潛力。

構網(wǎng)是不是它的能力越強越好？構網(wǎng)能力并不是越強越好，也并不是說傳統(tǒng)的隨網(wǎng)機組一定是有問題的，所謂構網(wǎng)和隨網(wǎng)組合一定是結合電網(wǎng)需求、電力系統(tǒng)穩(wěn)定需求，不同需求電網(wǎng)支撐需求，這里面包括在適應增強電網(wǎng)強度、頻率支撐、暫態(tài)過電壓以及黑啟動電力交易，這是不同維度功能的要求。我們對應推出了系列化產品，可以滿足沙戈荒大基地場景和分散式的場景以及源網(wǎng)荷儲場景，還有深遠海送出不同場景需求。

金風在構網(wǎng)型機組測試驗證方面主要做了以下工作：第一個是數(shù)字仿真驗證，半實物精度可以達到1%，并網(wǎng)短路比可以到1.1，在完成了系統(tǒng)的仿真測試后我們進行了單機的測試，單機測試的樣機經(jīng)過超過了700天的單機驗證，完成了超過50項的故障穿越測試，同時進行了相應的型式測試和技術評估。最后也進入了場站驗證的階段，有超過500天的場站運行的經(jīng)驗，以及在場站進行了場站系統(tǒng)級別的35千伏短路實驗，還有超過30臺機組的并聯(lián)運行實驗。

介紹了我們的技術和產品，再介紹一下如何通過技術和產品去組成面向不同需求的整體解決方案，這里以傳統(tǒng)的大基地的項目為例，傳統(tǒng)的大基地，尤其是前面專家介紹的，隨著電網(wǎng)的短路比降低，弱電網(wǎng)特性是非常突出的，為了解決這種弱電網(wǎng)的支撐的需求，傳統(tǒng)的解決方案是配備一定的分布式調相機、集中式的儲能。采用構網(wǎng)機組后，可以對分布式調相機容量進行調低，同時可以取消部分的集中式儲能，部署到風機端形成分布式儲能的能力。這個技術有什么特點？第一它通過風儲一體，可以形成電量的緩沖，增強頻率的支撐能力，第二可以提供高倍短路電流支撐，第三通過儲能和風機的聯(lián)合，可以具備自建電壓的能力，具備黑啟動的功能。最后通過風機和儲能的耦合，減少了整個設備種類，簡化了整個風電場或者說裝備和設備的控制難度、控制維度復雜度。

我們可以看一個運行效果，這是我們在國際項目做的對比，對比的一個基準就是采用傳統(tǒng)隨網(wǎng)型的風電機組配合分布式調相機，去滿足整場運行穩(wěn)定的需求，第二綠色的線是改造成構網(wǎng)型的機組之后它的運行特性，可以看到兩個方案其實都能夠實現(xiàn)相對的穩(wěn)定，但是在構網(wǎng)型系統(tǒng)方案上面，它的特性會更平滑，支撐能力會更強。目前構網(wǎng)型推廣主要的場景就是沙戈荒大基地。

向各位分享一下我們做的具體的實踐和應用的工作，第一個基于園區(qū)分散式做了構網(wǎng)型單機系統(tǒng)測試驗證，超過700天的運行。我們也在江蘇開展了全國首個風電場對風機進行分布式配儲整場改造和運行的實踐。同時我們也是國內首個全構網(wǎng)風電場運行的項目，整個風電場安裝了31臺2兆瓦的機組，全場進行構網(wǎng)機組的改造和運行，并且也配合了電網(wǎng)部門開展了系列的聯(lián)網(wǎng)實驗、人工短路實驗、獨立帶負荷實驗，這些表現(xiàn)來看都能夠符合預期，呈現(xiàn)出一個對頻率和電壓抗擾動的支撐能力。

最后我想說，構網(wǎng)技術、構網(wǎng)型風電機組、構網(wǎng)型儲能、構網(wǎng)型SVG，我認為這里面需要結合場景去做綜合的組合的應用，也希望各位同仁、各位同行、研究機構，大家一起努力，推動構網(wǎng)技術的成熟發(fā)展和規(guī)模化應用。謝謝大家！