陽(yáng)光電源股份有限公司級(jí)聯(lián)產(chǎn)品線總監(jiān)孫偉：大容量電網(wǎng)模擬器及拓展應(yīng)用

2023年10月16日-19日，2023北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)（CWP2023）在北京如約召開(kāi)。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度最大的盛會(huì)之一，這場(chǎng)由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國(guó)內(nèi)外參會(huì)代表共同參與的風(fēng)能盛會(huì)，再次登陸北京，聚焦中國(guó)能源革命的未來(lái)。 

本屆大會(huì)以“構(gòu)筑全球穩(wěn)定供應(yīng)鏈 共建能源轉(zhuǎn)型新未來(lái)”為主題，將歷時(shí)四天，包括開(kāi)幕式、主旨發(fā)言、高峰對(duì)話、創(chuàng)新劇場(chǎng)以及關(guān)于“全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)布局及供應(yīng)鏈安全”“雙碳時(shí)代下的風(fēng)電技術(shù)發(fā)展前景”“國(guó)際風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)及投資機(jī)會(huì)”“風(fēng)電機(jī)組可靠性論壇”等不同主題的21個(gè)分論壇。能見(jiàn)App全程直播本次大會(huì)。

10月18日下午，陽(yáng)光電源股份有限公司級(jí)聯(lián)產(chǎn)品線總監(jiān)孫偉在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新論壇II上發(fā)表題為《大容量電網(wǎng)模擬器及拓展應(yīng)用》的主題演講。

以下為發(fā)言全文：

各位來(lái)賓下午好，感謝給我們這個(gè)機(jī)會(huì)分享《大容量電網(wǎng)模擬器及拓展應(yīng)用》。報(bào)告分四個(gè)部分：背景遇到新的需求和挑戰(zhàn)、新型電網(wǎng)模擬電源、技術(shù)拓展應(yīng)用、總結(jié)。

電網(wǎng)模擬電源在新能源中有特定的用途，新能源發(fā)電主要是光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能方面，主要是分為三類：一是功率從小到大，小的功率模擬電源可以放到機(jī)架上面，這種一般是低壓在500V以下，大部分用在小的組串光伏和戶用光伏另外。二是中功率，電壓在900V左右，大部分容量在1兆伏安以下。三是大容量電網(wǎng)模擬電網(wǎng)，主要是集裝箱的形式，它的容量是比較大的，電壓也比較高是10V/35KV。

為什么采用集裝箱的形式？主要是用在儲(chǔ)能電站和風(fēng)電場(chǎng)，檢測(cè)機(jī)構(gòu)要用電網(wǎng)模擬器，接到電站測(cè)試機(jī)組能否滿足要求，測(cè)完成功之后需要把它給運(yùn)到下一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)，一般是做集裝箱的形式，方便移動(dòng)的使用。

電網(wǎng)模擬電源的趨勢(shì)是支持更大的被測(cè)容量，風(fēng)電機(jī)組容量也變的非常大，光伏和儲(chǔ)能領(lǐng)域也有單機(jī)大型化的趨勢(shì)。上個(gè)月陽(yáng)光電源單機(jī)8.8MW逆變器落地投運(yùn)，光伏功率一般都在4.5MW以下，8.8MW也是突破了限制。

正因?yàn)閱螜C(jī)的容量變大之后，對(duì)于它的要求也越來(lái)越高，造成的挑戰(zhàn)是電源要移動(dòng)，放集裝箱要有寬度和高度重量的限制，又需要單機(jī)容量的變大，這是一個(gè)矛盾的方面。

電網(wǎng)模擬電源用來(lái)模擬電網(wǎng)，但現(xiàn)在電網(wǎng)現(xiàn)在發(fā)生了非常多的變化，模擬電網(wǎng)的電源也要跟著變化。一個(gè)是高比例的可再生能源，綠色是風(fēng)電裝機(jī)的比例，黃色是光伏的裝機(jī)比例。現(xiàn)在來(lái)說(shuō)，已經(jīng)突破30%，電網(wǎng)呈現(xiàn)高比例可再生能源的特性。

右邊的圖新型儲(chǔ)能裝機(jī)，2021年是2.5mw，2022年7.3mw，今年上半年比去年整年到8.0mw。為了適應(yīng)電網(wǎng)的復(fù)雜化，發(fā)電設(shè)備也要求具備更強(qiáng)的電網(wǎng)適應(yīng)性，另外是要求變流器、逆變器需要更強(qiáng)的電網(wǎng)支撐性，不光要適應(yīng)，也還要去支撐電網(wǎng)，為電網(wǎng)做貢獻(xiàn)。

科研領(lǐng)域?qū)τ陔娋W(wǎng)研究也在不斷的深入，比如說(shuō)復(fù)雜電網(wǎng)刻劃和分析技術(shù)，逐漸從理論走向仿真，現(xiàn)在仿真和實(shí)測(cè)相結(jié)合，實(shí)測(cè)需要電網(wǎng)模擬電源的參與。電網(wǎng)越來(lái)越復(fù)雜，倒逼設(shè)備增強(qiáng)，也倒逼電網(wǎng)模擬器增強(qiáng)。

電網(wǎng)模擬電源使用拓展和決策要求的增加，傳統(tǒng)的電網(wǎng)模擬電源用戶群體，比如說(shuō)像電科院、第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)，他們用電網(wǎng)模擬電源做測(cè)試之后發(fā)證，所以它相當(dāng)于是裁判員手中的工具。現(xiàn)在除了傳統(tǒng)的檢測(cè)工具外，還有科研院所和設(shè)備廠家，比如說(shuō)風(fēng)電的整機(jī)廠家以及變流器設(shè)備制造廠家，他們也越來(lái)越多的去購(gòu)買(mǎi)和使用電源做研發(fā)，使用的方式也發(fā)生了一些變化，傳統(tǒng)是可移動(dòng)的，現(xiàn)在也在建一些基地固定使用。

電網(wǎng)模擬電源從裁判員手中的工具變成運(yùn)動(dòng)員手中的秤桿。電網(wǎng)模擬器要支撐前沿的研發(fā)，需要新型的電源具備幾個(gè)特征：一是達(dá)到超越普通的行標(biāo)和國(guó)標(biāo)測(cè)試要求的性能指標(biāo)，傳統(tǒng)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)按照國(guó)標(biāo)來(lái)測(cè)，設(shè)備廠家要超越國(guó)標(biāo)和行標(biāo)的。二是新型的電源需要具備更加豐富和前沿的功能，也需要更強(qiáng)的條件適應(yīng)性，研發(fā)測(cè)試不確定性條件會(huì)出現(xiàn)的概率更高，也需要電網(wǎng)模擬電網(wǎng)的制造商有更強(qiáng)技術(shù)的支持能力。

新型模擬電源要具備更高的輸出精度，這是我們做的控制算法改進(jìn)。模擬電源輸出端國(guó)標(biāo)要求25次，現(xiàn)在越來(lái)越多的廠家要求到50次，我們想50次斜坡的發(fā)生對(duì)調(diào)試要求很高。

頻率上去之后，IGP的損耗會(huì)成倍增加，新型模擬電源方式可以用PWM等效開(kāi)關(guān)頻率，可以達(dá)到更高的精度。通過(guò)合適的算法，整個(gè)疊加出來(lái)輸入電壓，它保真度還是比較高的。最終輸出單管的頻率，可以低到500赫茲，比正常風(fēng)電變流器、光伏逆變器的頻率還要低很多，所以損耗還是非常小的，精度可以達(dá)到0.3以內(nèi)。

新型的電網(wǎng)模擬電源有更高的諧波性，我在這里放3份檢測(cè)報(bào)告，黃色（PPT）是新型電網(wǎng)模擬器的數(shù)據(jù)，藍(lán)色是設(shè)定指標(biāo)，灰色和橙色是傳統(tǒng)的電網(wǎng)模擬電源測(cè)出來(lái)結(jié)果。

間諧波設(shè)定在0.16，傳統(tǒng)波會(huì)下降一半以下，新型可以保持在0.16以上，而且精度還是在0.05的范圍內(nèi)。奇次諧波和偶次諧波，奇次諧波基本上電源保持在2.4左右，傳統(tǒng)的很差，偶次諧波是1.2%，所以新型的電源比傳統(tǒng)的電源要具備更多的優(yōu)勢(shì)。   

具備更強(qiáng)的故障發(fā)生能力，要求故障電壓的穿越能力是必備的選項(xiàng)，新的標(biāo)準(zhǔn)也在不斷的增強(qiáng)。一般現(xiàn)在要求兩次的低高連鎖，這邊放的是實(shí)測(cè)不對(duì)稱數(shù)據(jù)，其中有一項(xiàng)跌的更多一點(diǎn)。新型電源可以實(shí)現(xiàn)多次任意連鎖，能實(shí)現(xiàn)故障角度的指定，可以指定在哪一個(gè)角度上觸發(fā)電壓的跳變。

具備阻抗風(fēng)壓設(shè)備的模擬功能。現(xiàn)在很多還是用阻抗風(fēng)壓式的設(shè)備，它在跌落電壓的時(shí)候，不光是下降和上升，也伴隨相微的變化。這個(gè)可以通過(guò)軟件的方式模擬這樣的效果，也可以支持零穿、單相和兩相接地故障的模擬。

具備弱電網(wǎng)的模擬功能。在新的能標(biāo)054測(cè)試規(guī)程修訂中，利用可調(diào)阻抗裝置和電網(wǎng)模擬裝置，測(cè)量風(fēng)電機(jī)組的適應(yīng)能力，如果不低于50可以正常運(yùn)行，電網(wǎng)模擬電源可以支持虛擬阻抗的功能，從而達(dá)到角度比的測(cè)試，可以對(duì)線路的阻抗和裝置進(jìn)行模擬，與真實(shí)阻抗相比非常的靈活，而且能節(jié)省測(cè)試時(shí)間和成本。

虛擬阻抗功能，已經(jīng)在并網(wǎng)當(dāng)中應(yīng)用，可以做到1.0，精度可以達(dá)到3%。可以實(shí)現(xiàn)相角跳變的功能，最新的31054也是產(chǎn)生相角跳變，風(fēng)電機(jī)組也能正常運(yùn)行，在小功率區(qū)間和大功率區(qū)間分別展開(kāi)相角跳變的測(cè)試。

另外一個(gè)是阻抗掃描，它的帶寬非常高，電力電子設(shè)備的電流環(huán)和濾波器，可以增加風(fēng)險(xiǎn)。31054是利用電網(wǎng)裝置，測(cè)試風(fēng)電機(jī)組在1.5赫茲到1000赫茲的阻抗，分別功率輸出在0.1、0.5開(kāi)展。新型電源支持寬屏的分段掃描，每一段步長(zhǎng)可以設(shè)置，不但支持掃描，而且支持阻抗特性的生成。

藍(lán)色是實(shí)測(cè)結(jié)果，紅色是仿真的結(jié)果，這兩者是相近的，所以并不能達(dá)到完全的替代。功率放大器功能，它是把仿真臺(tái)中建立復(fù)雜電網(wǎng)的模型，利用電網(wǎng)模擬電網(wǎng)進(jìn)行放大，電網(wǎng)模擬電源可以實(shí)現(xiàn)很高的采樣速度、傳輸速度，可以把總延遲小到100毫秒內(nèi)。

支持構(gòu)網(wǎng)型測(cè)試，新型的支持網(wǎng)壓特性和阻抗特性的掃描，以及模擬弱網(wǎng)的運(yùn)行，所以能夠適應(yīng)構(gòu)網(wǎng)型的測(cè)試。

技術(shù)拓展應(yīng)用，可以拓展全功率風(fēng)電變流器，可以將機(jī)組容量加、電壓提升，也可以實(shí)現(xiàn)固定單元旁路的作用，可以提高可靠性。特別適用于海上大功率的機(jī)組，電壓提升到6000V中壓后，電流器可以離電機(jī)很遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)更加靈活的方式。

新能源發(fā)展對(duì)大容量的電網(wǎng)提出全新的角色需求，新型的模擬電源具備更高的性能和多種功能，逐漸成為前沿技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)的助力器，直連技術(shù)有望拓展到風(fēng)電領(lǐng)域，謝謝大家。 

（根據(jù)演講速記整理，未經(jīng)演講人審核）