2016年11月4日，在“2016中國風(fēng)電電氣裝備技術(shù)高峰論壇”的主題演講環(huán)節(jié)，國電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司潘海寧 博士作了集群風(fēng)電設(shè)備的并網(wǎng)安全評(píng)估技術(shù)的相關(guān)報(bào)告。
國電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司潘海寧 博士
以下是大會(huì)演講內(nèi)容（現(xiàn)場(chǎng)筆錄）：
我今天和大家分享的內(nèi)容是集群風(fēng)電設(shè)備的并網(wǎng)安全評(píng)估技術(shù)。今天這個(gè)內(nèi)容主要想從并網(wǎng)安全的角度和大家在重新探討一些我們風(fēng)電領(lǐng)域一些共性的技術(shù)。我今天講的主要是對(duì)于一些問題的看法和思路，具體工作就不展開了。
首先看一下并網(wǎng)安全的問題背景，我們都很清楚常說的電力系統(tǒng)三部分構(gòu)成：一是電源側(cè)、輸配電、用電側(cè)。電源側(cè)也就是我們常說的水電、核電、火電。用電側(cè)隨著新能源汽車和高速鐵路的發(fā)展，負(fù)荷側(cè)也是說它的隨意性，不確定性越來越強(qiáng)。新能源主要有風(fēng)電、光伏，它們的特點(diǎn)就是有較強(qiáng)的隨機(jī)波動(dòng)性。隨著新能源電力規(guī)模不斷增加，不斷接入電力系統(tǒng)，這種隨機(jī)波動(dòng)性越來越強(qiáng)，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行帶來了很多的困難，于是對(duì)發(fā)電側(cè)提出了更高的要求。對(duì)于發(fā)電側(cè)來講也遇到了很多的技術(shù)困難，需要在滿足需求的條件下，在更復(fù)雜的電網(wǎng)工況和環(huán)境工況中，保證一個(gè)發(fā)電設(shè)備和發(fā)電過程的安全和穩(wěn)定。
新能源電力接入對(duì)于我們電力系統(tǒng)有哪些方面的影響？首先從電網(wǎng)側(cè)來看，由于新能源普遍存在著消納的問題，所以電網(wǎng)的輸電能力受到了考驗(yàn)，引起了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變化，建了很多輸電干線，也引起了交通方式的改變。制造企業(yè)的產(chǎn)品需要承受更多的擾動(dòng)，產(chǎn)品需要更高的適應(yīng)性、可靠性，同時(shí)要滿足各種有功功率的特殊的要求。
圍繞安全問題有什么技術(shù)需求？對(duì)于電網(wǎng)側(cè)希望了解風(fēng)能特性分析，多能源協(xié)調(diào)調(diào)度，同時(shí)改進(jìn)繼電保護(hù)，其實(shí)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)提出慣性需求，還有希望了解風(fēng)電場(chǎng)性能邊界，能發(fā)多少電，余量等等。發(fā)電企業(yè)他們是了解到底風(fēng)電機(jī)組的性能邊界，便于管理，也希望改進(jìn)電廠繼電保護(hù)。制造企業(yè)就需要提高產(chǎn)品可靠性，還需要先進(jìn)故障檢測(cè)方法，需要有先進(jìn)控制方法。
既然所涉及的技術(shù)這么多，下面我們是從發(fā)電角度，不是從輸電和用電的角度，來介紹一下我們正在開始的一些工作。一個(gè)是運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估技術(shù)，這個(gè)技術(shù)是主要讓我們掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，服務(wù)于發(fā)電和運(yùn)行的智能化。二是發(fā)電設(shè)備保護(hù)策略，這個(gè)是服務(wù)繼保的。
先來看一下第一部分的工作，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，這部分主要是基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用于機(jī)組預(yù)測(cè)性維護(hù)和可靠性設(shè)計(jì)改進(jìn)，用于估計(jì)風(fēng)電場(chǎng)功率損失率。
主要內(nèi)容其他同事做重點(diǎn)評(píng)估都差不多，首先要有數(shù)據(jù)容錯(cuò)和篩選方法，其次要研究故障識(shí)別方法。在這里我們加入了風(fēng)測(cè)的信息。
下來介紹一下風(fēng)能動(dòng)態(tài)特性等值，之所以研究風(fēng)能等級(jí)是因?yàn)樗怯绊戯L(fēng)機(jī)工況的重要因素，從風(fēng)速非平穩(wěn)隨機(jī)特性出發(fā)，認(rèn)識(shí)風(fēng)電單機(jī)功率波動(dòng)的規(guī)律和影響。單機(jī)風(fēng)功率主要分析風(fēng)電機(jī)組的極限工況、疲勞程度、發(fā)電機(jī)控制響應(yīng)評(píng)價(jià)等，風(fēng)場(chǎng)風(fēng)功率主要為風(fēng)電場(chǎng)參與調(diào)頻和多種能源協(xié)調(diào)發(fā)電提供依據(jù)。就是什么樣的波動(dòng)應(yīng)該由活動(dòng)機(jī)組來評(píng)議。
風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)估計(jì)這方面，它的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)就是CCADA數(shù)據(jù)和智能監(jiān)測(cè)設(shè)備。SCADA是對(duì)慢變狀態(tài)量，如溫度的測(cè)量，故障機(jī)預(yù)警狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，智能監(jiān)測(cè)設(shè)備是對(duì)發(fā)電機(jī)大部件，傳動(dòng)鏈系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)及變流器進(jìn)行監(jiān)測(cè)?；诙喑叨确治龅臄?shù)據(jù)特征提取技術(shù)，基于多元信息的傳感器容錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)篩選與預(yù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)規(guī)范性，發(fā)電機(jī)碳刷、氣隙、匝間絕緣異常、振動(dòng)異常、變流器功率器件缺陷等，形成故障統(tǒng)計(jì)信息庫、故障模式庫。為了實(shí)現(xiàn)故障診斷我們選擇和機(jī)組故障密切相關(guān)的大概60余節(jié)點(diǎn)繪成故障狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系圖，然后加快故障的處理進(jìn)度。在這個(gè)基礎(chǔ)上我們現(xiàn)在用的可靠性概率模型預(yù)推理算法，深入掌握機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，有利于預(yù)防性維護(hù)。這個(gè)是實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)例子，我們?cè)趯?shí)際測(cè)試過程中能夠有效的估計(jì)出來。
風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)可靠性評(píng)估，這個(gè)是把研究對(duì)象從風(fēng)電機(jī)組擴(kuò)展到風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)的信息，因?yàn)槲覀儧]有數(shù)據(jù)，所以這個(gè)是一個(gè)模型，最后是給出一些可靠性的指標(biāo)。
下面來說一下并網(wǎng)發(fā)電設(shè)備保護(hù)策略，主要是研究風(fēng)電接入對(duì)繼保問題的影響，因?yàn)楝F(xiàn)在繼保問題其實(shí)是可能大家忽略的一個(gè)問題，或者是還沒有深入研究的問題。因?yàn)楝F(xiàn)在新能源，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)理并網(wǎng)方式和傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)是不一樣的，原有的保護(hù)已經(jīng)不能完全再適應(yīng)新能源的接入了。另外新能源的系統(tǒng)模型參數(shù)、運(yùn)行方式，都是沒有經(jīng)過深入研究的，我們?cè)诒Ｗo(hù)與控制只能以保守性換可靠性。另外保護(hù)策略更加復(fù)雜，所以我們需要研究一個(gè)方法，就是新能源電磁暫態(tài)性，建立故障分析模型，改進(jìn)方法。
現(xiàn)在風(fēng)電場(chǎng)一般來講機(jī)組、箱變這些問題，集電系統(tǒng)保護(hù)與風(fēng)電機(jī)組保護(hù)各自獨(dú)立，幾乎沒有很好的匹配，所以有些故障發(fā)生的時(shí)候，在箱變還有變流器保護(hù)故障的問題都說不出來，還有箱變保護(hù)未考慮風(fēng)電機(jī)組短路電流的影響。送出線保護(hù)將風(fēng)電場(chǎng)看作負(fù)荷或常規(guī)發(fā)電機(jī)，未考慮故障特殊性。另外風(fēng)電機(jī)組本身保護(hù)需與電網(wǎng)的低電壓穿越運(yùn)行要求相配合，風(fēng)機(jī)保護(hù)從保護(hù)自身出發(fā)。風(fēng)電場(chǎng)一般性保護(hù)是這樣，送出線保護(hù)、主變保護(hù)、匯集線保護(hù)、箱變保護(hù)、風(fēng)機(jī)保護(hù)。
因?yàn)樾履茉窗l(fā)電機(jī)暫態(tài)特性和同步機(jī)區(qū)別較大，風(fēng)機(jī)一般表現(xiàn)為弱饋電源特性，其易受負(fù)荷電流影響，另外新能源電源并網(wǎng)用電力電子器件具有強(qiáng)非線性，傳統(tǒng)故障分析疊加原理不可再使用。
我們先看一般我們講的風(fēng)機(jī)和箱變的保護(hù)，風(fēng)機(jī)的涉網(wǎng)保護(hù)是為實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的支撐作用，風(fēng)力發(fā)電機(jī)涉網(wǎng)保護(hù)在電壓和頻率適應(yīng)性要求內(nèi)應(yīng)不動(dòng)作，在適應(yīng)性要求以外依據(jù)風(fēng)機(jī)器件耐受能力快速實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)。
集電線路整定一般是箱變側(cè)的最大短路電流，風(fēng)力發(fā)電機(jī)受的影響比較多，控制策略，機(jī)型都會(huì)影響。為了簡化計(jì)算，一般是將風(fēng)機(jī)視為同步及，由同步及的方法來提供，這種方式的優(yōu)點(diǎn)可以得出最嚴(yán)重情況下的短路電流，缺點(diǎn)就是受控制因素和策略等很多影響，實(shí)際的電流和我們求得的不相符，差別比較大，所以需要我們實(shí)際的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行原形分析。
從上面不管是風(fēng)機(jī)、箱變，還是說集電線路的保護(hù)，都是一個(gè)基礎(chǔ)性的工作，但是短路電流中包含豐富的諧波成分，導(dǎo)致保護(hù)算法不可靠。還有現(xiàn)在要求故障在故障期間，很多工況下都要繼續(xù)提供無功的支持，所以導(dǎo)致工況情況更加復(fù)雜。
我們也做了一些研究工作，同時(shí)我們跟學(xué)校合作通過一些課題的形式，也對(duì)風(fēng)機(jī)的短路過程一起進(jìn)行研究?，F(xiàn)在做的內(nèi)容主要是分析風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)動(dòng)作行為特性帶來的影響，還有分析短路故障中風(fēng)電機(jī)組電磁轉(zhuǎn)矩的沖擊和影響，最終完成了短路電流計(jì)算機(jī)分析。
回顧一下我們的內(nèi)容，一個(gè)是運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估，一個(gè)是發(fā)電保護(hù)策略，這兩部分只是風(fēng)電并網(wǎng)安全領(lǐng)域的一小部分，內(nèi)容很多，我們后續(xù)還有很多要做，這里我們也期望和同行的各位專家多交流，我們共同進(jìn)步。謝謝。
