中車株洲龐家猛：風儲耦合控制技術

　　2021年10月17日-20日，2021北京國際風能大會暨展覽會（CWP 2021）在北京新國展隆重召開。作為全球風電行業年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數千名國內外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京。

　　

　　本屆大會以“碳中和——風電發展的新機遇”為主題，歷時四天，包括開幕式、主旨發言、高峰對話、創新劇場以及關于“國際成熟風電市場發展動態及投資機會”“國際新興風電市場發展動態及投資機會”“風電設備智能運維論壇”“碳達峰碳中和加速能源轉型”等不同主題的15個分論壇。能見App全程直播本次大會。

　　

　　在儲能與新能源融合發展論壇上，中車株洲所風電事業部風電事業部龐家猛發表了題為《風儲耦合控制技術》的主題演講。

　　

　　龐家猛：各位專家、各位同仁，大家上午好。我是來自中車株洲風電的龐家猛，很高興和大家分享株所在風儲控制技術方面的研究。

　　

　　我的報告分為三個方面，前面兩位專家已經介紹了在整個宏觀背景下，比如說國家主席在2030年承諾一次能源消費比例達到25%，站在這個角度來講，風光儲總裝機12千瓦以上，站在這個背景下我們思考風機和儲能怎么融合，面臨兩個主要問題。第一，新能源友好并網，怎樣來提升新能源場站自身并網適應性，形成網原友好協調互動。怎樣使儲能系統和新能源融合，提高新能源場站的消納和儲存能力。

　　

　　第二，隨著風電占比越來越提高，以前風電作為輔助電源到主力電源轉變，需要我們系統調節任務，面臨很多問題，比如說風電機組是超同步振蕩、故障電壓穿越等等這些問題怎么解決。

　　

　　從政策上來講，分析了兩點，從標準來講，2018年提出了《風力發電機組網適性測試規范》和《電力系統安全定導則》對于我們提出了要求，新能源電源應該具有一次調頻、快速調壓、調峰能力。第二，原則上要同步發電機組的電壓和頻率耐受能力一致。第三，新能源場站必須要提供慣量與短路容量支撐。

　　

　　由于風電機組并網特性，比如說弱慣量和弱頻率支撐，會導致整個電力系統安全穩定性持續下降，可以通過兩個圖看，上面是過去電網，大部分100%占比以火電技術為主，當前電網隨著風電提高，到2030年風電新能源并網超過25%，這時候發現，大規模風電會導致整個穩定性下降。

　　

　　目前新能源發展狀況，風的間歇性，包括風電機參與系統調節的動力不可控。第一就是減載備用調頻降低了風能的利用率。第二，慣量調頻會導致系統頻率的二次跌落等。第三，有效轉動慣量不段減小。第三，導致機端電壓不均衡和影響穩定性。

　　

　　下面介紹中車株洲所的研究，從兩個方面進行研究，第一個就是一機一儲，2021年在3.3兆瓦技術上開展了一機一儲磷酸鐵鋰，包括超級電容進行了研制，我們進行了數字仿真，試驗研制，包括實驗室測試，并且在今年10月份在中車河北風電場完成了測試。主要研究對象儲能加上風機耦合控制系統，實現儲能+槳具角的調頻，風機的離網啟動運行和一些評估。通過前期做仿真實驗，我們采用的直流側接入，雙饋風電變流器直流側配置儲能顯著提升。

　　

　　第二，在機組直流側配置10%額定功率，10分鐘儲能，直流側電壓波動最多能減小100V，實現輸出電流平衡時，電網長期不平衡能提升50%以上。

　　

　　第三，儲能今年10月份完成了儲能系統加入風電系統一次調頻，前面提到了整個風電機組如果單純靠風電機組慣量調頻會有跌落，這是在云南某風電場測試的，下面紅色曲線就是風機的慣量曲線，在調節做慣量支撐之后10秒左右會有一個二次跌落問題，怎樣通過單純的風電機組存在二次跌落怎么解決，通過儲能模擬整個風電機組一個慣量調頻，通過儲能系統加入可以減少風機慣量，參與調頻，減少對我們風機整個性能的損失，這里我們根據整個電網頻率波動，還有SOC，對整個儲能進行充放電測試計算。

　　

　　第三張圖，就是儲能+槳距角進行線攻，在額定功率3兆瓦技術，滿發時候，我們這里不能深攻，把這個容量頂上去，按照我們現在一次調頻標準，整個折算到調頻標準上儲能系統出力達到整個風機10%的額定功率。三張圖分別就是高負荷下70%到90%，和低負荷下的測試曲線。

　　

　　下面看風光儲場站級能量管理系統研究，這是基于數字共享理念采用統一通訊和實時數據平臺，協同優化和子系統實現整個場站精細化控制，提升涉網能力。架構主要是分層架構，集群控制器+能管平臺，條度控制和采集數據網分立模式，基礎的數據會產生在新型列式儲存系統，條度、控制由于的數據通過調度、控制網存出到關系型數據庫，左邊是整個系統框架，這套系統大概可以達到400GW風電，150兆瓦的儲能能量。

　　

　　整個平臺分成三級架構，第一級是進行風光場站、儲能SVG之間的優化調度。第二，二級實現風光場站各風光發電間的集群精細化控制。第三，設備側控制，實現槳距角+關聯+儲能設備測控制，逐步進行細化。

　　

　　針對這套系統目前我們今年年底有一部分能夠上線，這套系統前面提到整個當前狀態，風電場無功控制算法，現在用數據驅動形式來調節，以全場風機最小無功功率為目標，滿足要求為約束，建立現行的數學模型，求解到各個風機最小的調節量。

　　

　　第二，就是實測仿真，基于中車中衛某風電場的拓撲結構和運行數據，仿真分析結果。通過算法做了之后，右邊按照我們目標最小值一個線性規劃，可以達到看離散點樣對比較少，從這里得出一些結論，按照我們現在的計算方式，可以將所有的一些規定控制在所允許范圍之內。第二，可以實現最小無功輸出，將所有的越限節點回調，進行風電場無功控制，因為中間線路阻撓，但是我們實時都是按照等比例，每個風機占5%的無功輸出，會產生浪費，通過現在來做通過數據分析計算，我們每個機組無功處理會有差異的，整個下一步工作，因為前期拿到整場運站一年數據10萬風場進行分析，下一步要結合風電場AGC和ABC的控制數據測算進行風電場的實施運行測試，場站這一部分內容今年年底會完成整個并網調試運行。謝謝各位。

　　

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