里程碑突破!国内首台通过测试!构网型风电变流器,以硬核技术赋能“构网时代”
10月17日,CWP2023北京国际风能大会暨展览会拉开序幕,阳光电源携一流的风电电能转换产品和方案亮相风能展,为本次大会增添一抹亮色,卓越实力吸睛无数。
行业聚焦的构网型风电解决方案,阳光依托技术深耕,持续取得创新性成果。阳光构网型双馈风电变流器,不仅是国内首台通过现场实测的构网型风电产品,也是在阳光历时四年的技术攻关后,一次里程碑式突破。确保机组高效稳定性和电网友好型是阳光的技术使命,目前,阳光已全面验证了在各种复杂电网环境下,构网型风电变流器的主动支撑电网和孤岛运行能力,将持续劈波斩浪,以硬核技术不断赋能“构网时代”。
迎接挑战提高风电占比
在某种程度上,构网型技术更多着眼于解决未来以风电、光伏等新能源为主体的新型电力系统所面临的挑战。
我国大多数新能源富集区域均邻近电网末端,新能源场站送出并网点短路比普遍较低,一般低到1.5~1.8仍可以稳定运行。当短路比更低时,新能源电站的并网就可能存在次同步振荡等稳定性问题,进而引起弃风、弃光等不利于新能源消纳的局面。在采用构网型风电机组后,能够在更弱的电网环境下实现新能源场站与电网的耦合稳定性,并网点短路比技术边界可降低到1.2,甚至是1.0,实现稳定运行。因此,从技术和系统安全角度来看,构网型机组所具备的同步电压源外特性,使其在规模化利用后能够大幅提高风电在电力系统中的占比,且充分发挥在电力系统中的支撑作用。
“一方面,构网型机组能够提升同等电网强度下可开发风电的容量;另一方面,可在同等开发条件下,降低电网稳定电源所付出的代价与成本,如减少对调相机和储能的需求。”金风科技研发中心副总经理杨志千表示。
之所以能够具备这样的能力,是因为与随网型机组相比,构网型机组的控制逻辑发生了根本性改变。它通过模拟同步发电机组转子运动方程,基于控制特性的映射等技术手段,对外呈现出电压源控制和自同步构网特性,直接控制输出电压幅值和相位,从而支撑电网频率和电压稳定,并对系统提供惯量及阻尼支撑,具备孤岛运行能力,适用于强度弱、惯量低的高比例新能源电力系统。
一个更易理解的比喻是,随网型与构网型机组的区别,如同普通火车的车厢与动车车厢的差异。普通火车车厢没有动力系统,而动车车厢既可以独立载客运行,也能够与其他动车、火车车厢组合。当火车拉载的车厢越来越多时,就需要提高动车车厢占比,以提供动力支持。
技术创新为行业插上腾飞的翅膀
得益于政策推动和行业共同努力,近年来,我国风电行业产品和技术创新步伐明显加速,大兆瓦机型推陈出新,智能化水平加速提升,配套产业不断升级。叠加风机投标价格不断降低,风电度电成本稳步下降因素,风电竞争力进一步凸显,技术创新正在为风电行业快速发展插上腾飞的翅膀。
在阳光电源展台,公司风能事业部研发总经理梁信信对记者介绍,此次阳光电源携一流的风电电能转换产品和方案亮相风能展,阳光构网型双馈风电变流器,不仅是国内首台通过现场实测的构网型风电产品,也是在阳光电源历时四年的技术攻关后,一次里程碑式突破。目前,阳光电源已全面验证了在各种复杂电网环境下,构网型风电变流器的主动支撑电网和孤岛运行能力,以硬核技术不断赋能“构网时代”。
技术创新始终是风电产业赖以发展并蓬勃的根基,更是产业降本及保证可靠性的关键途径,当前中国风电已具有较高国际竞争力的风电机组技术研发水平,离不开技术的不断创新与升级。
“我们发布了两款新一代陆上风电旗舰产品,可以运行20年至30年,满足国内国际认证,支持项目的定制。”金风科技产品与解决方案中心副总经理兼国内陆上产品线总监周桂林说。金风科技产品与解决方案中心总经理赵祥介绍,风电行业新机型年发布数量从2020年的90个,到去年已经增至223个,创新产品规模逐年增加的背后,是科技创新带来的内生动力,以及行业需求多样化、规模化开发的外部需求不断。
在新技术、新方案的推动下,中国的风电装机规模进一步扩张。据国家能源局消息,今年前8月,全国新增发电装机容量超1.9亿千瓦,比上年同期多投产超1亿千瓦。其中,风电新增装机2892万千瓦,比上年同期多投产1278万千瓦。截至今年8月底,全国累计发电装机容量约27.6亿千瓦,同比增长11.9%。其中,风电装机容量约4亿千瓦,同比增长14.8%。
拓展光伏、储能、SVG等领域应用
虽然构网型风电机组目前仍很难在市场中占据主流,但国内外不少企业已经对其进行了研发布局。据了解,维斯塔斯基于双馈技术路线,已在英国和澳大利亚完成了构网型机组的一系列场站级仿真验证工作。我国风电企业开始将目光聚焦于构网型技术则是在2017年前后。当时,一些出口项目在国外遇到了高比例风电接入电网的挑战,却缺乏应对措施与技术储备。
“我们用1~2年时间完成了初步研究工作,在2019年形成整个技术构型,到2021年提出构网型机组1.0版本。”杨志千说,“主要目的是将它与传统技术进行对比验证测试,确认其是否具备一定优势。我们初步得出结论,构网型风电机组在解决传统问题的同时,新的问题和挑战也可以被解决和克服。”
2022―2023年,金风科技先后在北京亦庄园区进行了单机改造及示范运行,联合甘肃电网和上海交通大学进行了构网型机组馈线级别的示范运行,并在湖北广水进行了整场机组的改造和示范运行。2023年4月,新疆电网对外宣布,携手金风科技完成国内首次构网型风电场接入大电网全电磁暂态仿真研究。据了解,完成该研究的天润木垒风电一场,是目前全国在送端直流近区接入构网型机组规模最大的风电场。
“对于构网型机组的研究,很多依然是以单机控制策略,包括特性的优化,还有局域小电网分析为主。天润木垒风电一场项目将场景范围进行升级和拓展,以整个新疆电网为背景开展系统验证,不仅仅是体现在单机局部性能上,还体现在对整片区域电网运行的影响上。”杨志千表示。
构网型风电机组的关键挑战,在于不仅仅需实现其比例支撑能力、弱短路比的实用性、暂态特性等单一能力的突破,更要确保其在工程化应用层面的平衡。
“我们已经在天润木垒风电一场项目上成功验证了构网型机组对区域电网的影响,未来将进一步拓展了解其在更大的电力系统场景下的系统价值和特点。”杨志千坦言,“同时,构网型技术不仅能运用在风电机组上,也可拓展至光伏、储能、SVG等相关技术领域。除了构网型机组外,我们也在做构网型储能,研究构网型机组与随网型机组间的配合,构网型储能与普通储能间的配合。”
“一个项目到底需要配置几台构网型机组、几台随网型机组,必须结合实际情况来研究,并非全部采用构网型机组就一定更好。”杨志千坦承,“构网型机组是解决当下和未来新能源高比例接入电网所面临的挑战的关键路径之一,但在不同场景下的配置方案和比例还需要更多、更大规模应用实践的验证。”
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