趙家欣：風(fēng)電機(jī)組智控系統(tǒng)及孤島穿越技術(shù)

　　2016年11月3日，在“2016中國(guó)風(fēng)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(fēng)電機(jī)組智控系統(tǒng)及孤島穿越技術(shù)的相關(guān)報(bào)告。

　　大家上午好，我是趙家欣，來(lái)自天津瑞能電氣，這個(gè)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(méi)有一個(gè)深入的發(fā)展，在這里我想跟大家做一個(gè)探討。

　　瑞能電氣認(rèn)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(shuō)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(yùn)行的概念。首先說(shuō)風(fēng)電場(chǎng)的孤島是不是一個(gè)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(shí)，風(fēng)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(gè)圖一樣，首先是雷擊，還有大風(fēng)碰線、枝葉冰晶跌落等引發(fā)的瞬時(shí)故障。 

　　首先有兩個(gè)問(wèn)題，首先是風(fēng)場(chǎng)被保護(hù)的時(shí)候，風(fēng)電場(chǎng)被隔離后，風(fēng)電機(jī)組應(yīng)該是怎樣的動(dòng)作。第二是被電網(wǎng)隔離后，風(fēng)機(jī)是否還應(yīng)該發(fā)揮無(wú)功功率及有功功率。

　　在這里我給大家說(shuō)一下低穿跟孤穿的區(qū)別，低穿是有一個(gè)能量泄放。我說(shuō)這些是不是空穴來(lái)風(fēng)，我給大家舉一兩個(gè)現(xiàn)實(shí)的例子，具體哪個(gè)風(fēng)場(chǎng)不便于透露，在這種沒(méi)有傳導(dǎo)的情況下，我們發(fā)無(wú)功或者有功的時(shí)候，整體是抬升的，惡化的時(shí)候會(huì)造成部分器件的一個(gè)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(fēng)場(chǎng)當(dāng)做負(fù)荷處理，就在于負(fù)荷出現(xiàn)電壓的時(shí)候第一時(shí)間把電壓切除。第二是電網(wǎng)未被切除的時(shí)候可以按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行低穿。當(dāng)然如果沒(méi)有損壞，因?yàn)榇蠹胰绻凶龉聧u研究的話會(huì)發(fā)現(xiàn)如果發(fā)的功率比較小，這時(shí)候風(fēng)場(chǎng)會(huì)長(zhǎng)期停留在孤島下進(jìn)行一個(gè)長(zhǎng)期的運(yùn)行，這也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，就是說(shuō)這個(gè)時(shí)候我的2.5s的自動(dòng)觸發(fā)達(dá)是沒(méi)法兒合上的，因?yàn)檫@邊是有電壓的，如果長(zhǎng)期合不上就會(huì)發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題，會(huì)責(zé)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(shuō)一下孤島穿越技術(shù)，具體有幾個(gè)方面，第一個(gè)是孤島檢測(cè)，就是為了快速檢測(cè)出電網(wǎng)斷，第二步是孤島穿越，檢測(cè)到孤島信號(hào)之后需要有相應(yīng)的處理機(jī)制應(yīng)對(duì)電網(wǎng)斷線，2s內(nèi)將公共連接點(diǎn) 點(diǎn)壓降到30%以下。

　　在研究的過(guò)程中會(huì)有很多的技術(shù)難點(diǎn)，首先是檢測(cè)速度，因?yàn)槿绻麢z測(cè)的非常慢是完不成孤島穿越的，二是集群檢測(cè)一致性，三是高低分孤穿的識(shí)別，四是穿越過(guò)程對(duì)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(lái)完成的孤島檢測(cè)，我們?nèi)绻鲅芯康脑挄?huì)發(fā)現(xiàn)很多專(zhuān)業(yè)上是基于這種并聯(lián)模型進(jìn)行分析的，但是并聯(lián)模型是從電網(wǎng)體系提出的，但是實(shí)際上風(fēng)機(jī)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(lì)法的孤島檢測(cè)的參數(shù)，提高檢測(cè)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(guò)渡。第五是優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)后，正反饋方式的孤島檢測(cè)時(shí)間100ms，第六是在新不匹配方程下，集群檢測(cè)精度360ms。

　　第二說(shuō)一下智控系統(tǒng)的背景，風(fēng)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(gè)方面，大型化、高可靠性、高控制性能、易免維護(hù)。在實(shí)現(xiàn)這些問(wèn)題的時(shí)候有沒(méi)有一些引發(fā)的問(wèn)題，運(yùn)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(huì)大幅增加。這提出了一個(gè)概念就是我們必須提出智控系統(tǒng)去解決這一系列的問(wèn)題。

　　智控系統(tǒng)定義是什么樣的？不同廠家有不同的觀點(diǎn)，智控系統(tǒng)是具備感知能力、適應(yīng)能力、進(jìn)化能力。感知能力就是快速識(shí)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(guò)渡與不同控制模式之間，進(jìn)化能力是系統(tǒng)具備先驗(yàn)數(shù)據(jù)分析能力，快速完成控制模式。

　　舉兩個(gè)具體的案例，這個(gè)是雙饋風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的廠家差不多是這樣一個(gè)數(shù)量，5-7個(gè)電壓傳感器，6-12個(gè)電流傳感器，1個(gè)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(hào)采集支路，信號(hào)采集支路易損、易老化。

　　常規(guī)方案在可靠性要求較高的場(chǎng)合，對(duì)檢測(cè)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(wú)法擺脫易損、易老化特質(zhì)，檢測(cè)精度有限，受空間及位置限制，不易安裝，某些變量不易檢測(cè)獲得。

　　這是一個(gè)友好型智控系統(tǒng)解決方案，它的好處就是說(shuō)在不增加備用時(shí)，當(dāng)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(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)平滑的過(guò)渡，具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力。這里舉了一個(gè)編碼器故障，發(fā)現(xiàn)故障前故障后幾乎沒(méi)有什么變化，電流、電壓，主要是電流，電流的觀測(cè)其實(shí)跟編碼器的觀測(cè)的方法差不多。

　　第二個(gè)例子是特定諧波消去，主要是電網(wǎng)常見(jiàn)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(jī)型，還會(huì)引起電機(jī)轉(zhuǎn)距波動(dòng)，增大齒輪箱疲勞損害。這是一個(gè)模型，在發(fā)現(xiàn)沒(méi)有諧波消距的時(shí)候這是某個(gè)風(fēng)場(chǎng)，常規(guī)的消波方法我相信大家一定會(huì)清楚，比如說(shuō)諧振控制、重復(fù)控制，但是會(huì)遇到一些問(wèn)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(yùn)行期間影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，第三是若參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，因?yàn)樗羞@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(gè)風(fēng)機(jī)在某個(gè)工況下沒(méi)有問(wèn)題，所以如果參數(shù)設(shè)計(jì)不合理的話還不如不加，會(huì)在某些嚴(yán)峻工況下誘發(fā)系統(tǒng)失穩(wěn)，造成嚴(yán)重后果。

　　這是我們開(kāi)發(fā)的友好型智控系統(tǒng)的解決方案，首先是對(duì)參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制參數(shù)，使系統(tǒng)具備一定的進(jìn)化能力，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(wú)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(wèn)題。最后是在電網(wǎng)諧波含量較低時(shí)，消諧模塊自動(dòng)退化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的運(yùn)用。這是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)諧波的程度可以達(dá)到90%。

　　最后給大家做一個(gè)總結(jié)，這里我們從新定義了一個(gè)概念，首先是友好型風(fēng)機(jī)，我們認(rèn)為是具備多重穿越、多重穩(wěn)網(wǎng)能力的風(fēng)電機(jī)組。智控系統(tǒng)是具備感知能力、適應(yīng)能力、進(jìn)化能力的控制系統(tǒng)。友好型智控系統(tǒng)是不是一個(gè)高深的技術(shù)呢？我感覺(jué)不是，我覺(jué)得在做技術(shù)里面沒(méi)有什么是我們真的實(shí)現(xiàn)不了的，我們覺(jué)得友好型機(jī)組其實(shí)就是注重細(xì)節(jié)的匠心設(shè)計(jì)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中把好每一關(guān)。總體來(lái)說(shuō)我們是用20%的精力完成80%的工作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從無(wú)到有的研發(fā)，還需用80%的精力完成20%的工作，實(shí)現(xiàn)技術(shù)從有到精的突破，在這里我與在座的各位共勉。