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GE常守忠:大型风电场一次调频响应控制的关键技术分析

日期:2019-10-25    来源:能见App

国际风力发电网

2019
10/25
17:37
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关键词: GE 常守忠 CWP2019

  2019年10月21-24日,2019北京国际风能大会暨展览会(CWP2019)在北京隆重召开,大会主题“风电助力‘十四五’能源高质量发展:绿色、低碳、可持续”。自2008年首次在北京举办以来,已连续举办11届,成为北京金秋十月国内外风电行业争相参与的年度盛会。
  CWP2019进一步加强了大会的国际化特色,组织了20余场精彩论坛和各类活动。其中,竞价/平价上网:风力发电创新技术论坛于10月23日下午在新国展召开。GE可再生能源陆上风电工程部经理常守忠出席大会并发表主题演讲。以下为发言全文:
  常守忠:尊敬的各位领导,各位嘉宾大家下午好,先做一个简单的自我介绍,我叫常守忠,来自GE陆上风电发电集团电器研究部,响应主持人的号召,我会把我的这个演讲尽量压缩在5到10分钟。前半场很多专家都介绍了平价上网的一些关键的技术,其中一个重要的一点是电网的友好介入,这是它的一个非常关键的技术。今天我跟大家分享的就是友好电网介入其中的一部分技术。我将分为三个部分跟大家做一个探讨,一个就是电网惯量控制的一个基本概念,第二个是GE在这方面做的一些探讨和研究,最后就是我们的一些运营实例。这个是一个GE风力发电单线图,控制系统的单线图,中间是发电厂的一个局域网,然后在这个局域网上,我们可以把所有的企业系统,以及远程客户都联系在这个局域网上,然后包括这个分资源的采集的一些信息,然后像下面就是我们分厂的一些设备,比如说分机,变电量的一些控制。具体说到我们风机这一个级别,就是右边大家可以看到是有多台风机,我们每一台风机都有自己的主控,然后在多台风机合起来汇流的一个变压器上,我们同时有分厂的控制叫(英文)。然后我们GE所有的这些友好的电网介入技术,都是在这两层控制里面去实现。我们GE的电网介入介入,其实从2002年左右开始做这个低电压穿越,一直到现在,经过十几年的话,我们其实做了好多的工作,包括一些电压穿越孤岛、弱网、串联补偿等等,今天我可能就抛砖引玉,仅仅是调频跟大家做一个简单的分享。
  调频这是一个大家应该在座有很多电网行业的专家,它是一个电网方面的一个专业词汇,实际上就是电网里面发电负载必须平衡,一旦有这个负载脱落,我们会引起频率的不稳定,我们必须调整功率来纠正这个频率的偏移。那从时间尺度上我们也可以分为惯量控制,一次调频,二次调频,然后这里我们可能主要就集中在这个惯量控制这个点上。然后我们大家都知道,这个传统的发电设备,和这个风力发电是有非常大的区别,我们传统的发电机它的速度控制是它的一个目标,所以它本身具有天然的惯量控制,一旦频率偏移了,它自动会去调整功率,而我们的风力发电是截然不同的,我们的风力发电,本身它不是主宰电网,它仅仅是一个跟随者,所以电网的频率在波动,它是跟随着电网的频率在波动,类似于我们高速路上,前面的开车的是自己在主宰速度,而风力发电相当于后面跟车的,它不会去主宰我到底是120还是100还是140。
  然后GE在这个惯量控制上,一个大概的策略其实就是如这张图所示了,上面是一个功率的曲线,下面是频率,当这个频率掉落到一个阈值的时候,我们会在短时间内在这个掉落的前10秒内,我们尽量提供一个过载能量,然后大概10%提供10秒左右,尽量我们就是利用这10秒的时间,给其他的调频装置来提供这个反应时间,我们真正的这个频率偏移,我们分电因为它占的比重小,所以我们不能指望它经过一个比如说10秒、100秒或者甚至多少多少分钟,半个小时调节,我们是不可能指望它做这个事情,所以我们尽量是希望风电在短时间内提供一个支撑,给其他装置提供反应时间。然后我们在调整频率偏移的时候,因为毕竟是一个过载,然后同时我们还会兼顾一些其他的团流控制,一些载荷控制,一个简单的框图,就是我们会在电网和组编的地方采集这个频率,然后把这个频率传到我们的控制系统里面,利用我们这个功率和频率的一个控制,然后经过功率调节器得到功率,然后传输到变频器,最终由变频器控制整个风机,增大这个输出转矩。
  简单的举几个例子,其中的一个是我们在加拿大现场的一个实例,就是这边看的不是很清楚,这一条蓝线是一个基准,就是光有水电,然后这一条红线是同样的容量但是其中有一个GW是分电,大家看到如果没有惯量控制的话,它的频率偏移的还是比原来水电要更多的,而这一条,这个是不带惯量控制的,这个是带有惯量控制的,所以可以看到,这里面如果风电也发挥了它的惯量控制之后,它会更好的减少频率偏移,而另外一个呢是说,我是同样的这个水电,12.7GW,但是我又加了3个GW的分电,虚拟同步惯量,所以可以看到这个频率偏移会更小。
  下面第二个应用是我们在爱尔兰现场的一个应用,这是一个实例,这一条是频率,然后这一条是功率,在现场根据客户的要求做的一个实验,当频率掉落的时候,大家可以看到这个功率,在10秒内它是提供了一个过载,在掉落前这个功率大概是,总的功率是16兆瓦,这个过程里边我们提供了额外的1.6兆瓦的一个10%的输出。这个客户也是审核了这个数据之后,特地发感谢信来肯定我们GE的这个性能,这是第三个应用,也是爱尔兰,这是一个分电和储能结合的一个系统,也是类似就是说,这是一个真实的事件,我们在现场,然后这个是频率,频率掉下来之后,这是储能电池的功率,以及分机的功率,都在短时间内提升,然后可以看到总功率,实际上在跌落前,风机的总功率大概在25兆瓦左右,从这里可以看出来,然后在这个过程中,它额外的提供了3.6,其实是远远超过10%。这个也是客户特地发感谢信给我们,肯定咱们这个表现形式,我的分享就是这些,如果大家有什么问题,咱们可以会后再交流,谢谢大家。
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