阳光电源汪令祥：分散式风能变流器若干关键技术探讨
2018年10月17日-19日，2018北京国际风能大会暨展览会（CWP 2018）在北京新国展隆重召开。本次大会由中国可再生能源学会风能专业委员会、中国循环经济协会可再生能源专业委员会、全球风能理事会、中国农业机械工业协会风力机械分会、国家可再生能源中心和中国电子信息产业发展研究院（赛迪集团）六大权威机构联合主办。
“分散式风电开发技术论坛”于10月19日上午召开。阳光电源股份有限公司风能事业部副总裁汪令祥出席本论坛并作主旨发言。
以下为演讲实录：
谢谢主持人，也感谢大家坚持到现在，我今天汇报的题目是分散式风电变流器一些若干的技术，分散式变流器在整个机组一次性投入不太高，但是作用还是很大的，因为它是把我们风电机组发出的电能如何高效能的转化到电网上去，它的两个服务的对象电网和电机这块是比较复杂的，所以我觉得我们还是有必要对分散式变流器这块的技术进行一些讨论。
分四个方面，第一个我们的应用背景，第二个变流器目前面临的挑战，第三个关键技术，这里面关键技术也是目前一些集中式风场所具备的，同时运用到分散式这块，因为运用到配电网还要关注一些其他的点，第四个方面是总结和展望。
首先我们看应用背景，总结起来一个关键点两个基本点，把接入电压等级提高到115千伏及以下，并且以下等级消纳，本来向110千伏以上倒送电，我们要在110千伏以下进行消纳，这是一个。第二个两个基本年110千伏是按集中式方式来执行的，在35千伏以下优先以T和派性接入电网，这里面具体分解一下，目前国内变电站容量，110千伏最大容量是在50个千伏铵左右，风电机组在20台左右，如果30千伏主变电站一般在30千瓦，就是在10台左右，如果10千伏可能在8千伏铵左右，其实投入机组的量是不多的。
具体配电网方式，刚才能源管理办法我们分析一下，第一个按集中式介入110千伏变电站，其他都是利用变电站不作为升压站，这里面可以向110千伏返送电，但是不能再向上一级返送电了，还有35千伏专业介入变电站，这里面大家看四种模式都是有负荷的，风机如果进入配电网里面作为负载。
从特点来看，第一个它的容量不大，第二个可能我们需要找网，再找负荷，其次再找风，虽然说配电网的容量比较多，但是如果把负荷和风结合在一起，其实应用场景是有所局限，第三个配电网里面负载的影响它的线路的阻抗是比较复杂的，这里面负荷的不确定性，第二个负荷的不对称性导致三项线路阻抗的不对称性，使得电网被迫的谐波不一致，电压不平衡的幅值进一步增大，第三个机组并网点的电压波动范围会进一步增大，这是跟集中式并网的方式有一点不一样。
第二个探讨一下集中式风电变流器面临的一些挑战，我简单过一下，第一个风电机组初始成本持续降本，和整个生命周期收益率要提升，这是永恒的主题，风电要平价上网，跟常规能源竞争，成本降低是要持续性的，这是风电特殊要求决定的。另外分散式电定制型开发，设备外均摊成本较集中式要高一点，另外收益率提升的要求，决定了风电场初始成本尽可能控制外，要求风电场整个生命周期中机组运维成本降低，发电量能效提升等方面，对发电量提出了更高的要求。另外在整个集中式风电场出现的一些问题，比如说机组的高频和低频协同的问题，这是现场出现的一些波形典型的症状，一些低频或者高频的振荡，对应了机组变流器的稳定波动，现场有出现过这种案例的。第三个这是我们在分散式机组，尤其在配电网出现，这是电网背景谐波，这里背景谐波过大的时候，可能会对整个风电机组并网产生一些影响，这是外部负载的非线性导致的。第四个是次同步谐振的问题，其实今年也发生过，其实在根本上还是没有解决，从目前根本原因还是没有找到。我想谈一下振荡的问题，目前典型有三种，第一种高频振荡，刚才我说的低高频振荡，振荡频率应该在300赫兹以上，另外次同步或者超同步谐振这块。第四个方面电压不平衡的问题，这里面可能在配电网里面，在分散式会带来更大的问题，电网电压负载的不平衡，导致电网电压的不平衡，可能现在目前要求电流控制，但是在分散式风电里面，电流控制是不是最优的模式，对机组是不是产生影响，这块值得探讨，这是前期变流器面临的挑战，有的需要持续的挑战，在分散式风电这些挑战可能或多或少都是存在的。
第一个系统持续降低，现在目前风电变流器的成本，如果但不靠技术升级，但是从材料或者工艺这块已经压到比较低的范围，如果再持续降本，在技术升级，比如优化双柜机组的方式，降低成本，把以前水能方式改为风能方式，这样有效降低一些成本，同时在散热机组整体设计进行一些改进，另外推出的方案，机组一体化设计，几个技术结合非常充分，所以电器能独立自主，所以光伏比如说变压器、变流器还有一些配电系统宣布集成在一起，这样有效降低他们接口的单元，能降低成本，这里我们提出三种方式，第一种功率等级增大，单瓦成本降低，第二个优化类型，比如说双馈就是降低水冷外部附加的，三个机组一体化设计。
在技术方面，我们建议，现在风电在国内发展很快，目前看看还是690等级，有没有可能把690等级进一步降低电流值，使得直载硬件成本下降一点，所以我们今年推出了低压960伏双馈的变流器，肯定要跟整机配合，能不能把690电压进一步提升，或者提升到1140伏，第一个效率能提升，第二个直载成本能提升，因为电流小了，各方面下来以后，成本能降下来。还有一个现在目前几个整机提出来，6.3千伏或者10千伏，利用配电变压器自己风电直接并网变压器，10千伏变压器省掉，通过这种方式能降低机组的成本，这是我们提出来的方案，目前低压3厘米的双馈或者全功率都有。
第二个是振荡的问题，随着电网逐渐弱，电网阻抗逐渐变大，变流器阻抗和电网阻抗不匹配的时候，会出现一系列的问题，现在变流器可以做到，对电网阻抗可以进行大范围的调配，根据一些电网的特性进行眺望，这样能有效规避风电机组的振荡问题。第三个后续风能变流器，机组需要具备更强电网背景谐波的适应能力，因为在分散式机组里面，在配电网机组里面是有负载影响的，可能要网谐波的能力要适应，还要净化谐波的能力，谐波补偿的功能，后续变流器要加一些有缘谐波进去，现在都采用LCL方案，后续可能会随着3厘米的介入，有效提升，随着电网适应谐波的改造，网侧滤波器有可能改成L型，有可能改成LLCL型，当背景谐波非常大的时候，能有效使得变流器直接挂网运行。
还有谐波补偿功能，因为大部分机组是工作非额定情况下，可能在其他情况下变流器需要具备谐波补偿的功能，这样不仅使得电网能强适应，同时电网谐波能有一些净化的功能，现在我们正在进行这方面的研究，对绿色电网谐波净化起到一些作用，这是变流器后续具备的一些技术。第四个机组电压不平衡的适应，这个技术现在不是说一个关键技术，但是现在目前大家在集中式并网都要求电流平衡控制，当然电流控制必定会带来转到脉动的情况，对机组整个生命周期风险工控是不是合理的，这块值得探讨，所以后续变流器需要具备电流平衡控制和功率平衡控制两种控制功能的切换。第五个我们需要具备电网低电压故障穿越能力，如果说你在孤岛运行情况下会遇到一些问题，现在目前比如光伏或者其他的集中式并网，可能是LVRT或者防孤岛是一个矛盾体，用LVRT功能的时候，防孤岛不好用，或者有防孤岛的能力，LVRT就不太好用了，这里面既要具备LVRT，所以这里面在变流器里面要进行一些精确的识别，这是电网安全和人身安全的要求。
第六个在配电网里面，风电机组是负的负载，但是不运行的时候负载是零，这块在并网端电压的波动是非常大的，当不运行的时候，电压波动是非常低，这时候我在对电压控制能力和更强的功率要求必须具备，当电网电压更低的，风电机组要并网及并网满功率的时候，这时候电网电压可能要进行一定的控制，这里面要有一些控制能力，这个控制能力是不复杂的，只是我怎么样识别，怎么样进行一些逻辑关系，如果电网电压控制在85%到110标称电压之间，这时候要求会更高一点，对变流器的降本是不利的，要稳定的运行，满功率发电，这时候就划不来了，所以这里面要进行一些综合的管理。这里面是对无功范围的讨论，分散式机组里面对无功的要求更高，要求0.45PU，这里面也是带来了余量问题，如果真是满足无功率要求，同时满足有功额定电压，对于额定余量的要求是更高，对降本是不对的。后续针对不同整机的要求或者是一些项目的要求，有些关键技术逐步切入进去。
总结展望一下，第一个分散式机组对适应能力更强，机组要求失陪的变流器对电网阻抗适应，电网谐波适应等提出了更高要求，第二个在弱网或者分散式系统中，控制系统稳定性和快速性需要权衡考虑，智能化在线调整变流器的输出组幅值和相应的能力，将有可能是标配要求。
第二个电网制成能力，随着机组穿透率进一步提升和一些智能绿色电网的要求，风电变流器辅助机组具备电网电压动态稳定的控制，同时还进行一些谐波的抑制，提升电能质量的能力。
第三个成本控制能力，根据分散式风电的经济模型，需要变流器硬件拓扑形态的升级给机组带来更大的经济性，包括超大功率双馈变流器由液冷专项风冷、低压三电平提升并网电压，降低电流、定子中压双馈电机直接挂网控制方案等。这是三方面的展望，谢谢大家。
