風電機組智控系統及孤島穿越技術 趙家欣/系統部經理

　　以下是大會演講內容（現場筆錄）：
大家上午好，我是趙家欣，來自天津瑞能電氣，這個題目大家應該不陌生。隨著技術的發展，現在友好型智控系統有沒有一個深入的發展，在這里我想跟大家做一個探討。
瑞能電氣認為友好型電氣是具備多重穿越，穩網技術的這種技術，今天先說一下多重穿越的技術。我們今天主要探討一下低穿和孤島運行的概念。首先說風電場的孤島是不是一個普遍的現象？我在這里跟大家分析一下，孤島是指線路發生故障時，風電被電網隔離形成局部電力影響。
總體分析一下，孤島產生的現象就像這個圖一樣，首先是雷擊，還有大風碰線、枝葉冰晶跌落等引發的瞬時故障。
首先有兩個問題，首先是風場被保護的時候，風電場被隔離后，風電機組應該是怎樣的動作。第二是被電網隔離后，風機是否還應該發揮無功功率及有功功率。
在這里我給大家說一下低穿跟孤穿的區別，低穿是有一個能量泄放。我說這些是不是空穴來風，我給大家舉一兩個現實的例子，具體哪個風場不便于透露，在這種沒有傳導的情況下，我們發無功或者有功的時候，整體是抬升的，惡化的時候會造成部分器件的一個損毀。
在這里總結一下孤島與低穿的必要性，首先是部分電網把風場當做負荷處理，就在于負荷出現電壓的時候第一時間把電壓切除。第二是電網未被切除的時候可以按照標準進行低穿。當然如果沒有損壞，因為大家如果有做孤島研究的話會發現如果發的功率比較小，這時候風場會長期停留在孤島下進行一個長期的運行，這也會出現一個問題，就是說這個時候我的2.5s的自動觸發達是沒法兒合上的，因為這邊是有電壓的，如果長期合不上就會發現有問題，會責令整改，引起一系列的損失，這是孤島穿越和低穿的必要性。
再說一下孤島穿越技術，具體有幾個方面，第一個是孤島檢測，就是為了快速檢測出電網斷，第二步是孤島穿越，檢測到孤島信號之后需要有相應的處理機制應對電網斷線，2s內將公共連接點 點壓降到30%以下。
在研究的過程中會有很多的技術難點，首先是檢測速度，因為如果檢測的非常慢是完不成孤島穿越的，二是集群檢測一致性，三是高低分孤穿的識別，四是穿越過程對電網友好。
提出解決方案是這樣的，首先是基于整體系統模型來完成的孤島檢測，我們如果做研究的話會發現很多專業上是基于這種并聯模型進行分析的，但是并聯模型是從電網體系提出的，但是實際上風機的電控更加貼合的是串聯模型。第二是根據電壓頻率的關系，提出新功率，電流不匹配的方程。第三是完善正反饋激勵法的孤島檢測的參數，提高檢測穩定性、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渡。第五是優化系統參數后，正反饋方式的孤島檢測時間100ms，第六是在新不匹配方程下，集群檢測精度360ms。
第二說一下智控系統的背景，風電應該是向海上發展，海上是應用環境的發展，技術出現在這四個方面，大型化、高可靠性、高控制性能、易免維護。在實現這些問題的時候有沒有一些引發的問題，運行物理工況增多，同樣控制性能要求提高，另外不穩定可能性會大幅增加。這提出了一個概念就是我們必須提出智控系統去解決這一系列的問題。
智控系統定義是什么樣的？不同廠家有不同的觀點，智控系統是具備感知能力、適應能力、進化能力。感知能力就是快速識別自身及外部工況變化。適應能力是系統適用于多物理工況，并迅速平滑過渡與不同控制模式之間，進化能力是系統具備先驗數據分析能力，快速完成控制模式。
舉兩個具體的案例，這個是雙饋風機的結構，根據不同的廠家差不多是這樣一個數量，5-7個電壓傳感器，6-12個電流傳感器，1個位置傳感器。作為電控系統的“眼睛”傳感器至關重要，傳感器需配合調理電路形成信號采集支路，信號采集支路易損、易老化。
常規方案在可靠性要求較高的場合，對檢測支路采用需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崩潰。但是成本高、無法擺脫易損、易老化特質，檢測精度有限，受空間及位置限制，不易安裝，某些變量不易檢測獲得。
這是一個友好型智控系統解決方案，它的好處就是說在不增加備用時，當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，極大提升系統感知能力，另外是建立完善評價體系，實現平滑的過渡，具有極強的適應能力。這里舉了一個編碼器故障，發現故障前故障后幾乎沒有什么變化，電流、電壓，主要是電流，電流的觀測其實跟編碼器的觀測的方法差不多。
第二個例子是特定諧波消去，主要是電網常見的5、7、11、13次諧波及低于基頻的次諧波，影響系統輸出電能質量，若采用雙饋機型，還會引起電機轉距波動，增大齒輪箱疲勞損害。這是一個模型，在發現沒有諧波消距的時候這是某個風場，常規的消波方法我相信大家一定會清楚，比如說諧振控制、重復控制，但是會遇到一些問題，首先是消諧模塊切入切除易引發系統震蕩，第二是消諧模塊運行期間影響系統動態性能，第三是若參數設計不合理，因為所有這些東西加了一層控制技術就要涉及更多的參數，如果用事后的方法只能保證某個風機在某個工況下沒有問題，所以如果參數設計不合理的話還不如不加，會在某些嚴峻工況下誘發系統失穩，造成嚴重后果。
這是我們開發的友好型智控系統的解決方案，首先是對參數自動調節控制參數，使系統具備一定的進化能力，可實現動靜態性能最優輸出。其次是消諧模塊與主控制完全解耦，切入/切除無震蕩現象。另外整體是基于系統整體建模的完成，這樣可以在全工況、全頻域段分析穩定邊界，100%避免失問題。最后是在電網諧波含量較低時，消諧模塊自動退化，實現系統動態性能的運用。這是實驗數據，可以發現諧波的程度可以達到90%。
最后給大家做一個總結，這里我們從新定義了一個概念，首先是友好型風機，我們認為是具備多重穿越、多重穩網能力的風電機組。智控系統是具備感知能力、適應能力、進化能力的控制系統。友好型智控系統是不是一個高深的技術呢？我感覺不是，我覺得在做技術里面沒有什么是我們真的實現不了的，我們覺得友好型機組其實就是注重細節的匠心設計，我們在設計中把好每一關。總體來說我們是用20%的精力完成80%的工作，實現產品從無到有的研發，還需用80%的精力完成20%的工作，實現技術從有到精的突破，在這里我與在座的各位共勉。