12月21日-22日，由中國可再生能源學會風能專業委員會主辦的第二屆風電設備質量與可靠性論壇在北京裕龍國際酒店隆重召開。
　　
　　遠景能源智能風機解決方案負責人張軒出席會議并發表了題“風機大規模并網穩定性問題分析及解決方案”的主旨演講。 　　
　　以下為發言內容：
　　
　　張軒：各位領導、各位專家、各位朋友大家上午好。今天的主題就是我們的風機，或者新能源行業，尤其是電力電子設備接入容量越來越多的情況下，會對電網造成什么沖擊，以及我們的認識還有他的解決方案是什么，所以我這兒主要是針對風電行業，關于我們最近在學術界比較人們的問題，我們是怎么分析的，怎么解決的。
　　
　　分成三個部分來講我的專題報告，一個先給大家有一個感性的認識，加入風電，光伏之后危害是什么，第二跟大家討論一下機理是什么，第三個我們遠景能源方案都有哪些。首先我先講第一部分，大家可以看到，在最開始的時候，還沒有到風機，最開始的時候電力系統對次同步振蕩有一個定義的，我們都知道，頻率就是50赫茲電網的頻率，美國60赫茲，引發振蕩的時候有50核子、20赫茲。這是當時1970年的時候，美國火電廠發生了問題所以那個時候他們就開始研究，到了21世紀的時候，新能源大規模介入。本來在美國搞的差不多了，結果在21世紀新能源介入之后，又出現了一些問題。
　　
　　咱們看一下他的幾次事故，1970年的時候和新能源沒什么關系，在美國有一個電場，產生了次同步振蕩問題。搞火電的大家應該知道，里面有很長的軸，軸除了發電機帶動的之外，還有高速軸、中速軸、低速軸。除了50赫茲之外會有其他的頻率，會產生扭振，軸會產生損害，這就是非常大的事故了，發電機就必須停機了。結果到2009年的時候，這個時候跟風廠有關了。從電路分析來看，振蕩導致大規模風機的脫網。接下來我國有兩個安全生產事故，一個2012年，一個2015年，我們平時也往現場跑，實際上小的振蕩沒有引起重視，如果說我們真的研究這行的話，會發現很多時候是振蕩引起的。
　　
　　現在風電的光伏，有了振蕩之后，就會產生大規模的脫網，而且還會導致本身原有的發電設備產生故障，最終導致電網的安全事故。這就是一個案例，風電廠原來在這個地方，因為我之前因為咱們都是電力設備的專家，所以我有些東西講的比較具體，這兒我就比較淺的說一說，大家有什么問題可以問。本來這兒接了風電廠之后，有一個串聯器，電感剛好跟電容形成一個電路，正電阻的話抑制就會衰落，如果這個地方，在純電阻方向如果是負的話，就會有一個振蕩。當時產生了這樣一個機理，振蕩起來了，所有的風機全部脫網。
　　
　　這是2015年新疆哈密地區，是非常重大的一個事故，當時也有很多國家的各個方面，當時都在做這方面事故的調查和分析。從電力電子角度，或者從風機的角度，這個風廠會產生什么呢，他的負阻抗特性由變頻器產生的，產生的頻率不光是有次同步振蕩的頻率，而且同時他和當時幾百千米之外的火力發電廠，他們的共振頻率是相同的，而且頻率這個東西和電壓幅度不一樣，電壓幅度比如我這兒有一個一百千伏的，過了多遠之后會衰減。這個就傳播了電壓，和他們的中速軸產生了共振，產生了共振之后，直接導致了當時電廠全部都停機了，還好他旁邊是有一個高壓輸電，帶有了保護系統。剛好帶了之后，僅是進行了停機，全部停機，但是對當時的火力發電機組沒有什么損害，他這兒有三個頻率，其中一個頻率是30赫茲，和中速軸是一樣的。
　　
　　接下來，剛才給了大家一些例子，在這兒可以看出來，電網現在有一個新的運行環境，這個環境和以前不一樣了。上世紀70年代的時候，根本沒有什么新能源發電，那時候大家定義很簡單，就是50赫茲以下，他是轉軸，火力發電在某些情況下會產生負阻抗，負阻抗和電網進行分析的時候，就會發現總體來說會有一個不穩定。但是如果說我把這個去掉，用很多抑制裝置或者算法，現在都已經解決得很好了。
　　
　　但是到了新能源發電越來越多的時候，我們可以看到，大家還把那個東西叫次同步，實際上內涵已經發生變化了，我們就叫做50赫茲到100赫茲周圍的頻率范圍振蕩，如果細的分析，下面可以再討論。那個時候就和50赫茲沒有任何關系了，就是由變頻器里面的阻抗和電網的阻抗不匹配，所產生的振蕩問題。和他發電機本身是不是50赫茲完全沒有關系，可以從5赫茲到100赫茲隨意有飄移。
　　
　　然后我們講一下次同步振蕩問題的機理，剛才已經對他的概念，還有他一些實例有一些認識。接下來我們看機理，我們這兒可以看到，這兒實際上是我們引用清華還有國外教授，包括我當時在美國的時候，一直在做這方面的研究，我們對這個方面的分析，大體的分析已經是比較清晰的，振蕩模式有三類，一個電力電子裝置之間，會有一個負阻抗的不匹配，當然也不一定真的說是負阻抗，提到負阻抗只能說是一種分析方法所產生的，你在這個分析方法下，你說這個詞大家就理解。但是從大的概念上來講的話，他就是電力電子裝置互相干擾所產生的。還有發電機和電網之間，有LC諧振。第三就是發電機的軸心扭振。 　　
　　我給大家簡要的講一下，現在中國主流的就是雙倍風機和持續風機，我們分析的結論，他們的振蕩機理分別是什么，這是一個持續風廠，持續風機如果給他建模的時候，可以看到他在建模的過程中，在某些情況下可以實現負阻抗加電容的模式，在這樣的情況下，因為傳輸線本來是有感性的。負阻抗和電網，傳輸線肯定有負阻抗的，這兩個加起來之后然后來LC的濾波電路，這樣的電路，如果說風機本身負阻抗和傳輸線上的電阻之和如果還是負的話，這樣就會產生振蕩。這個時候就是兩個原因，一個和風廠規模有關，規模越大的話，負電阻效應越大，也和他的控制有關。這是一個振蕩模式，這個振蕩模式下，如果大家做分析的話，是在某一個焦點出就有一個振蕩頻率。
　　
　　如果我分析電網和風機，風廠之間振蕩匹配的話，你會發現他有好幾個點的交疊，他就會產生多個振蕩頻率。因為他這種振蕩頻率，如果大家看就會知道，假如說出現20赫茲振蕩的話，又把振蕩頻率進行了翻倍，因為他振蕩頻率比較多的，某一個振蕩頻率下，和火力發電機產生共振的話，就會有問題。但是他的振蕩是比較單一的，他就是電容器主導的，風機葉輪也好，發電機也好，都是通過變頻器進行的。
　　
　　然后雙會風機，一方面他和直驅的產生機理是一樣的。雖然他那種情況下機理是一樣的，但是他產生的可能性比較小，因為同樣的風廠，一個滿功率，一個只占了20%的功率。這是剛才我說的和直驅一樣，但是可能性比較小。還有一種比較特殊的，雙會從定子，電網接到定子之后，定子是感應發電機，中間的轉子接了機側變頻器，這個東西是直驅沒有的。這樣的話就形成了一個新的東西，這個新的東西就是傳統的感應電機，再加上轉子。這個裝置我們分析下來，他會在功率比較低的情況下，會出現這樣一個振蕩，這個實際上是整條電路，整條電路在某些情況下，也會形成一個負的，形成負的東西之后，整體的電阻會變成負值，變成了負值之后，這樣的情況下，后面又有電感，又有電容，這樣的情況下，他振蕩的模式，馬上也會產生。但是這樣的情況下，剛才我說的直驅，整條電路里面自帶一個電容，但是雙會里面，他里面的整條電路，虛線左邊這部分是沒有自帶電容的，所以他這兒的意思是什么呢？如果有振蕩的話，必須是在電路里面有串聯補償器，在線路里面自己加一個電容。如果沒有串聯補償器的話，肯定是振蕩不起來的。
　　
　　他振蕩的頻率是比較固定的，外邊的電感和電容，傳輸線路已經定好了之后，這兩個值是定好了，最后我們得出的結論基本上在5到10赫茲左右，在這樣的情況下，你在人眼睛看到的振蕩他是50+-8赫茲，會產生兩個振蕩頻率。這是剛才說的，直驅和雙會，我們國家非常常見的兩種形式他的振蕩機理。
　　
　　在這兒提一下我們次同步振蕩的解決方案，剛才說了機理，我盡量的用簡單的方式給大家解釋，不知道大家有沒有聽明白，下面可以交流。次同步振蕩實際上分成三個部分，一個最主要的還是要看電網配制，如果電網的配制很到位的話，或者說他電網做起來比較堅強，所謂的堅強就是我知道風電廠到底能設計多大，什么樣子，模型是什么。在這樣的情況下，那就是非常好的配置了。但是現在來說，我們國家行業里面，因為我知道有很多人在做這個研究，但是真正形成一種標準，或者說有一些設計人員，他真的在設計的時候考慮這些，現在來看的話，起碼我見到的幾乎沒有。
　　
　　剛才我一直談到電阻的問題，如果完全變成正阻尼的話，肯定還在某一些頻段上有負阻尼，第二對能量的損失，或者動態響應的結果是比較差的，對風機來說。因為風機要的就是動態響應非常高，電壓很快。但是我剛才說的，在全頻帶加阻尼。如果在某些，我認清了振蕩頻率可能在哪里，或者讓風機自己感受，他可能發生振蕩的頻率在哪里，這樣的情況下，風機就會在那個頻帶里面加阻尼控制，加正的阻尼進去，正的電阻進去，這樣整個電路，就可以非常明顯，有效的抑制他的振蕩。
　　
　　接下來預波裝置，一共三個方面。針對這幾個方面，第一個必須在項目前期要抓住他的關鍵電網配制特征，要有風險識別能力，要知道電網或者風場怎么建立這個模型，電網怎么建立這個模型，和以前的不同在哪里，因為以前三大計算的話，以現在三大計算的潮流計算，動態計算，里面很多的模型，尤其是引起振蕩的模型是沒有考慮進去的。在這樣的情況下，能不能把前期，沒有考慮到的配制考慮進去。第二對電網進行非常好的分析，把模型的結構搭出來之后，具體的參數必須要知道，而且有很好的建模方式來解決這個問題。
　　
　　接下來建模好了，可能在某些情況下產生振蕩，這樣的情況下，根據風機，你如果對風機很了解的話，接下來對風機的控制進行改進。給大家舉一個簡單的例子，這是我們公司花了很大的力氣，做了一套非常精細的，專門用于電網振蕩研究的一套仿真模擬系統，這個模擬系統可以非常精確的模擬出電網，什么樣的風廠下，什么樣的電網下會產生振蕩，而且是多少頻率的振蕩。結果是一致的，能夠一致關鍵在于仿真方法，建模方法。建模方法如果不考慮有些東西的話，或者不在某一個特定的坐標系下考慮東西，有的信息就漏掉了，在這種情況下看不到什么。
　　
　　首先把模型建立起來，模型建立起來之后，接下來就是對整個電力系統重點的建模，重點的建模，在哪幾個方面呢？實際上最主要的一個就是他的感應電機，還有風機的模型，接下來就是變頻器控制模型，這個很可能會漏掉很多關鍵信息，最后得到的是不正確的結果。這個我們做了很多工作，這是仿真圖，從不穩定到穩定，從圈外到圈里面。
　　
　　既然剛才已經分析完了，就有一個振蕩抑制，一個是加一個阻抗，加一個阻抗相當于是并聯的模式，把虛擬阻尼加進去。接下來我們在這兒，剛才我說串聯的模式，會加組策濾波器，可以把中間振蕩頻率上的能量濾掉，如果你認清了機理或者有方法的時候，這個東西就不是很難了，可以再到理論或者模型里面驗證這個東西有沒有效，只要有了方法其實就不難，這是一個。還有對于風機或者風廠，怎么讓他們在前期識別可能馬上產生振蕩，這個東西是非常關鍵的，有了這個東西，再結合強大的分析，對風機的認知能力，現在可以在風機內部設計好，在風機內部就產生這樣一個濾波器了。這是我們的實驗基地，我們加了很長的，或者是有電容，來驗證我們的算法。
　　
　　接下來就是東北有風廠，實例，有好幾個風廠，這樣的情況下，就產生了振蕩，在這個情況下，最后找到了我們，開始進行問題的解決，實際上當時幾個月的時間，振蕩了一百多次，業主覺得已經受不了了，但是其他的廠商，因為那個風廠里面好幾家，找到別人的時候，大家好像覺得也都不太有有力的解決方案，我們當時進來了之后，在一個月的時間。因為我們當時基本上把算法剛搞完就出問題了，直接把這個算法從實驗室拿到了現場，然后可以看到，這兒有一個8赫茲的振蕩，在方案改進之后，就有一個明顯的抑制。
　　
　　我今天就講到這里，謝謝大家。