2016年11月3日，在“2016中國風電電氣裝備技術(shù)高峰論壇”的主題演講環(huán)節(jié)， 天津瑞能電氣有限公司趙家欣 系統(tǒng)部經(jīng)理作了風電機組智控系統(tǒng)及孤島穿越技術(shù)的相關(guān)報告。
天津瑞能電氣有限公司趙家欣 系統(tǒng)部經(jīng)理
以下是大會演講內(nèi)容（現(xiàn)場筆錄）：
大家上午好，我是趙家欣，來自天津瑞能電氣，這個題目大家應(yīng)該不陌生。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在友好型智控系統(tǒng)有沒有一個深入的發(fā)展，在這里我想跟大家做一個探討。
瑞能電氣認為友好型電氣是具備多重穿越，穩(wěn)網(wǎng)技術(shù)的這種技術(shù)，今天先說一下多重穿越的技術(shù)。我們今天主要探討一下低穿和孤島運行的概念。首先說風電場的孤島是不是一個普遍的現(xiàn)象？我在這里跟大家分析一下，孤島是指線路發(fā)生故障時，風電被電網(wǎng)隔離形成局部電力影響。
總體分析一下，孤島產(chǎn)生的現(xiàn)象就像這個圖一樣，首先是雷擊，還有大風碰線、枝葉冰晶跌落等引發(fā)的瞬時故障。
首先有兩個問題，首先是風場被保護的時候，風電場被隔離后，風電機組應(yīng)該是怎樣的動作。第二是被電網(wǎng)隔離后，風機是否還應(yīng)該發(fā)揮無功功率及有功功率。
在這里我給大家說一下低穿跟孤穿的區(qū)別，低穿是有一個能量泄放。我說這些是不是空穴來風，我給大家舉一兩個現(xiàn)實的例子，具體哪個風場不便于透露，在這種沒有傳導的情況下，我們發(fā)無功或者有功的時候，整體是抬升的，惡化的時候會造成部分器件的一個損毀。
在這里總結(jié)一下孤島與低穿的必要性，首先是部分電網(wǎng)把風場當做負荷處理，就在于負荷出現(xiàn)電壓的時候第一時間把電壓切除。第二是電網(wǎng)未被切除的時候可以按照標準進行低穿。當然如果沒有損壞，因為大家如果有做孤島研究的話會發(fā)現(xiàn)如果發(fā)的功率比較小，這時候風場會長期停留在孤島下進行一個長期的運行，這也會出現(xiàn)一個問題，就是說這個時候我的2.5s的自動觸發(fā)達是沒法兒合上的，因為這邊是有電壓的，如果長期合不上就會發(fā)現(xiàn)有問題，會責令整改，引起一系列的損失，這是孤島穿越和低穿的必要性。
再說一下孤島穿越技術(shù)，具體有幾個方面，第一個是孤島檢測，就是為了快速檢測出電網(wǎng)斷，第二步是孤島穿越，檢測到孤島信號之后需要有相應(yīng)的處理機制應(yīng)對電網(wǎng)斷線，2s內(nèi)將公共連接點 點壓降到30%以下。
在研究的過程中會有很多的技術(shù)難點，首先是檢測速度，因為如果檢測的非常慢是完不成孤島穿越的，二是集群檢測一致性，三是高低分孤穿的識別，四是穿越過程對電網(wǎng)友好。
提出解決方案是這樣的，首先是基于整體系統(tǒng)模型來完成的孤島檢測，我們?nèi)绻鲅芯康脑挄l(fā)現(xiàn)很多專業(yè)上是基于這種并聯(lián)模型進行分析的，但是并聯(lián)模型是從電網(wǎng)體系提出的，但是實際上風機的電控更加貼合的是串聯(lián)模型。第二是根據(jù)電壓頻率的關(guān)系，提出新功率，電流不匹配的方程。第三是完善正反饋激勵法的孤島檢測的參數(shù)，提高檢測穩(wěn)定性、快速性，第四是建立漸變方程，穿越高穿、低穿、孤穿、正常四模式間平滑過渡。第五是優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)后，正反饋方式的孤島檢測時間100ms，第六是在新不匹配方程下，集群檢測精度360ms。
第二說一下智控系統(tǒng)的背景，風電應(yīng)該是向海上發(fā)展，海上是應(yīng)用環(huán)境的發(fā)展，技術(shù)出現(xiàn)在這四個方面，大型化、高可靠性、高控制性能、易免維護。在實現(xiàn)這些問題的時候有沒有一些引發(fā)的問題，運行物理工況增多，同樣控制性能要求提高，另外不穩(wěn)定可能性會大幅增加。這提出了一個概念就是我們必須提出智控系統(tǒng)去解決這一系列的問題。
智控系統(tǒng)定義是什么樣的？不同廠家有不同的觀點，智控系統(tǒng)是具備感知能力、適應(yīng)能力、進化能力。感知能力就是快速識別自身及外部工況變化。適應(yīng)能力是系統(tǒng)適用于多物理工況，并迅速平滑過渡與不同控制模式之間，進化能力是系統(tǒng)具備先驗數(shù)據(jù)分析能力，快速完成控制模式。
舉兩個具體的案例，這個是雙饋風機的結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的廠家差不多是這樣一個數(shù)量，5-7個電壓傳感器，6-12個電流傳感器，1個位置傳感器。作為電控系統(tǒng)的“眼睛”傳感器至關(guān)重要，傳感器需配合調(diào)理電路形成信號采集支路，信號采集支路易損、易老化。
常規(guī)方案在可靠性要求較高的場合，對檢測支路采用需2備3，需1備2的備用方式，減少因采集支路故障引起的系統(tǒng)崩潰。但是成本高、無法擺脫易損、易老化特質(zhì)，檢測精度有限，受空間及位置限制，不易安裝，某些變量不易檢測獲得。
這是一個友好型智控系統(tǒng)解決方案，它的好處就是說在不增加備用時，當傳感器故障可積大提升可靠性，我們還是建議增加備用。二是建立完善的全息投影，極大提升系統(tǒng)感知能力，另外是建立完善評價體系，實現(xiàn)平滑的過渡，具有極強的適應(yīng)能力。這里舉了一個編碼器故障，發(fā)現(xiàn)故障前故障后幾乎沒有什么變化，電流、電壓，主要是電流，電流的觀測其實跟編碼器的觀測的方法差不多。
第二個例子是特定諧波消去，主要是電網(wǎng)常見的5、7、11、13次諧波及低于基頻的次諧波，影響系統(tǒng)輸出電能質(zhì)量，若采用雙饋機型，還會引起電機轉(zhuǎn)距波動，增大齒輪箱疲勞損害。這是一個模型，在發(fā)現(xiàn)沒有諧波消距的時候這是某個風場，常規(guī)的消波方法我相信大家一定會清楚，比如說諧振控制、重復(fù)控制，但是會遇到一些問題，首先是消諧模塊切入切除易引發(fā)系統(tǒng)震蕩，第二是消諧模塊運行期間影響系統(tǒng)動態(tài)性能，第三是若參數(shù)設(shè)計不合理，因為所有這些東西加了一層控制技術(shù)就要涉及更多的參數(shù)，如果用事后的方法只能保證某個風機在某個工況下沒有問題，所以如果參數(shù)設(shè)計不合理的話還不如不加，會在某些嚴峻工況下誘發(fā)系統(tǒng)失穩(wěn)，造成嚴重后果。
這是我們開發(fā)的友好型智控系統(tǒng)的解決方案，首先是對參數(shù)自動調(diào)節(jié)控制參數(shù)，使系統(tǒng)具備一定的進化能力，可實現(xiàn)動靜態(tài)性能最優(yōu)輸出。其次是消諧模塊與主控制完全解耦，切入/切除無震蕩現(xiàn)象。另外整體是基于系統(tǒng)整體建模的完成，這樣可以在全工況、全頻域段分析穩(wěn)定邊界，100%避免失問題。最后是在電網(wǎng)諧波含量較低時，消諧模塊自動退化，實現(xiàn)系統(tǒng)動態(tài)性能的運用。這是實驗數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)諧波的程度可以達到90%。
最后給大家做一個總結(jié)，這里我們從新定義了一個概念，首先是友好型風機，我們認為是具備多重穿越、多重穩(wěn)網(wǎng)能力的風電機組。智控系統(tǒng)是具備感知能力、適應(yīng)能力、進化能力的控制系統(tǒng)。友好型智控系統(tǒng)是不是一個高深的技術(shù)呢？我感覺不是，我覺得在做技術(shù)里面沒有什么是我們真的實現(xiàn)不了的，我們覺得友好型機組其實就是注重細節(jié)的匠心設(shè)計，我們在設(shè)計中把好每一關(guān)。總體來說我們是用20%的精力完成80%的工作，實現(xiàn)產(chǎn)品從無到有的研發(fā)，還需用80%的精力完成20%的工作，實現(xiàn)技術(shù)從有到精的突破，在這里我與在座的各位共勉。
