中国海装蔡梅园：从技术上已经做好了风电平价上网的准备

2019年10月21-24日，2019北京国际风能大会暨展览会（CWP2019）在北京隆重召开，大会主题“风电助力‘十四五’能源高质量发展：绿色、低碳、可持续”。自2008年首次在北京举办以来，已连续举办11届，成为北京金秋十月国内外风电行业争相参与的年度盛会。

CWP2019进一步加强了大会的国际化特色，组织了20余场精彩论坛和各类活动。其中，分散式能源发展论坛于10月23日召开。中国船舶重工集团海装风电股份有限公司北京研究院副院长蔡梅园出席论坛并做主旨演讲。

蔡梅园：各位朋友大家下午好，我来自中国海装，我叫蔡梅园。我们今年成立了一个北京研究院。刚刚金风的宋总提到其中一点，分散式机组接入电网比较困难，我就这一点这个方面，更深入跟大家分享一下海装在这方面的研究成果。

我的内容大概分为四部分，第一部分简单介绍一下分散式发展的状况；第二步分享一下分散式接入电网目前认为的关键技术；第三点针对这些关键技术，中国海装在这方面做的相应的应对方案；最后一点，请大家允许我简单介绍一下中国海装，因为可能在座的有些专家对海装不是很了解，所以花点时间介绍一下中国海装的情况。

第一点，分散式风电发展的概况。大家知道去年是分散式风电发展的元年，在这方面国家政策，我们整机厂家在综合技术上都做了一些准备，但是为什么分散式风电到现在发展还是较为缓慢呢？我们分析下来，首先第一个审批手续，分散式风电在实际操作过程当中，它的审批手续虽然有国家政策支撑，但是实际跟集中式没有过多的缩短，所以审批手续方面还是比较繁琐。

另外分散式的规模小，征地问题比较突出，所以说成本和后期维护，这方面还是面临着很多。

第三个关于售电，接入电网之后没有明确的国家规范，所以这方面还在探索当中。

最后一点电网接入，一个是接入手续，另外一个是接入的技术问题，今天重点给大家分享一下分散式接入电网的一些技术难点，为了分析这个技术问题，我们看一下分散式风电接入电网，它的电网环境怎么样，然后针对环境可能才会出现相应的技术问题。另外目前针对分散式风电的电网接入的规范有哪些。

关于电网环境，分散式风电都是接入配电网，配电网都是电网的末端，电网比较弱，属于典型的弱电网，目前的规范我们已经形成了，当然国家标准也在制订过程当中。那目前已经发布的国家电网的标准，关于分散式风电接入电网的技术规定，这里面对于分散式电网的有功和无功条件做了规定，其中无功是是-0.45pu到0.45pu，对于集中式正负0.95，分散式对机组无功的出力是有更多要求，另外跟集中式一样的规定，高低电压的故障穿越的要求也是一样的。

除了上面规范提到的一些以外，我们在实际运行过程当中，可能还会碰到一些问题是什么，首先第一个就是超/次同步振荡，之前在美国出现超/次同步振荡的问题，它的振荡频率是20赫兹，欧洲同样也有这些问题，欧洲跟直流输电发生了谐振，频率是200多赫兹，我们中国实际上在2015年的时候，新疆哈密的风电场出现了并网的振荡，当时振荡频率是25到75赫兹，这是我们之前碰到的，因为新疆哈密的风电场就是弱电网，而且接入的风电机组接入的多，后来产生的振荡。

那么超/次同步振荡现象是什么样子，这是振荡开始之前，我们把数据录下来，振荡开始之前，看这个图，中间是电网频率50赫兹，振荡之前两边都是比较干净的。振荡开始之后，大家看一下我们的录播数据，上面的那部分是电流，下面是电压的一个波形。振荡开始之后，大家看看，在50赫兹旁边，也就是超过50赫兹的部分，电压是70多赫兹，出现了振荡的波形，然后它出现了之后，幅值，比那个旁边的振荡频率要大。

然后另外，下面的电压波形是一样的，出现了一个先后顺序可以看得出来，超过50赫兹的振荡是先出现的，而且它的福值高于30赫兹，这是风电机组固有的一个特性，也就是30多赫兹的振荡，实际上是70多赫兹振荡的映射，也就是说从这个意义上来说，真正引起的频率应该是70多赫兹，它是关键因素。

所以从这个意义上来说，以前说的次同步振荡应该是不准确的，应该称为是超同步振荡。

超/次同步振荡产生以后，产生的一个原因，首先就是电网比较弱，整个电网的短路比比较低，所以在风电机组接入以后，会引起一些变化。另外大家知道我们为了应对风的时大时小，但是电网要求我们是50赫兹并网，所以所有的风电机组都用了变流器，变流器就引入了传统电网所没有的高频特性，变流器的工作模式，就注定了它有高频的模式。

另外风电机组接入电网的台数越多，风电机组自身受电网参数的影响，我们的控制参数是应该做相应的变化，如果不做变化，可能在里面引起了相应的问题。超/次同步振荡引起的影响有哪些？实际上就是事故了，超/次同步振荡会引起大面积的风电机组脱网，是一种事故了，所以破坏力是比较强的。

除了超/次同步振荡就是孤岛，有计划性孤岛和非计划性孤岛，孤岛现象是什么？整个风电机组已经脱网以后，但是风电机组自身还在孤立运行，和电网不相连了，那就是孤岛现象，产生的机理，做过光伏发电的同志就可能知道，光伏曾经为了解决这个孤岛问题，花了很多的力气，它就是全功率电流的系统产生的孤岛，我们风电机组也有全功率变流系统，所以它产生的原理跟光伏是类似的。

曾经我们在研究这个问题的时候，认为双馈系统是不会产生孤岛的现象，但是我们在实际运行过程当中，我们在美国有一个分散式风电机组，它的整个跨的距离三百多公里，曾经出现了孤岛的现象，所以我们分析为什么双馈系统为什么产生孤岛现象，实际上双馈系统在整个风比较小，功率比较小的情况下，高压侧短路，跟机组这边匹配了，就不会脱网，双馈系统一样会产生孤岛现象，因为孤岛是非计划性的，也就是我们运维人员和附近居民，他不知道电网已经脱网，最大的危害就是人身安全，当然对设备也有危害。

另外，还有一个问题，对于配电网，有10千伏的配电网，因为发电机能够设计到10千伏的话是比较成熟的，也就是说它的绝缘可以直接做到10千伏，如果它的定制出来直接是10千伏，我们是不是不要箱变？

所以分析下来四个点，一个是有功无功调节，再一个超/次同步振荡，再一个孤岛运行，再一个接入电压等级，这四个方面，针对这四方面海装做了一些研究，首先第一个针对有功无功调节的，海装参照火电的PQ曲线，大家知道火电有一个PQ曲线，也就是它安全运行的极限的一个图，我们借鉴它的一个定义，做了一个双馈系统的PQ曲线，大家看左边的那张图，就是我们做出来的曲线，现在常规的有功无功的调节图，安全运行的范围都是曲线下方。

我们在参照火电机组做的PQ曲线，这个曲线的横坐标无功，纵坐标是有功，两条曲线是功率是0.95的，另外就是负的0.95的曲线，比较两张图来看的话，也就是在同样有功的条件下，利用我们这条曲线，让风电机组无功出力大得多。

所以这样的话，利用这条曲线，就可以充分挖掘风电机组无功出力，可以调节功能力，这样的话可以完全节省SVG，或者直接不要SVG，降低分散式风电的成本，这个我们也有相应专利和论文。

针对超/次同步振荡的问题，前几年实际上行业研究的热点，有解析法，有分析法几种技术路线，那海装当时是联合电科院这边，用的是虚阻抗分析方法，简单来说我们建立了主抗的模型，采用虚阻抗的分析方法，改变机组的阻抗，这个蓝色的是原始的，第一张图是幅值，下面是象位。所以通过改变机组的阻抗特性，成功地避开了振荡点，因为这个我们当时解决了新疆的振荡问题，业主还给我们发了表扬信，在我们优化参数之后，机组再也没有出现超/次同步振荡问题。

针对孤岛问题的解决方案，就是基于通讯和机组自身电参数检测的防孤岛方案，我们一个是检测整个电网的开关的状态，我们再采集我们机组的电参数，这个地方做一个综合的，后面做一个综合的判定，主要是要躲开常规的高低电压的穿越，另外就是电网开关的一个重合闸的时候，综合的机制判定机组的孤岛运行，我就把机组关掉，这样就避免机组非计划性的孤岛运行。

另外针对10KV的配电网，我们也设计了叫中低压混合双馈发电系统。这种系统首先第一个可以省掉箱变，常规的箱变还是挺贵的，分散式风电本来价格比较高，这是降低成本的好处。另外发电机定制出来就是10KV，塔筒里面的电缆就是10KV，所以说电缆的数量还大幅减少，比如说我们3兆瓦的机组，我用10KV的系统之后，可以减少到13根，所以说可以大幅减少电缆的用量，这就可以减少整个施工难度和工期，对分散式机组都有好处。

另外电压等级提升以后，整个动力电缆传输的损耗，会降低不少，我们测算下来比如3兆瓦的机组，整个效率可以提升1%到2%，发电量就可以提升约1%，针对分散式机组，风比较小的工况。

上面的内容，就是今天我跟大家分享的技术内容。下面简单介绍我们公司的情况。

我们海装它是属于船舶重工集团，我们公司是中国船舶重工集团，航母和蛟龙号的升潜器都是我们公司生产的，所以风电在建船上面有很多的技术关联的，技术结构实际上和我们风电机组是相似的，所以我们可以生产除了大轴承的所有机组的其他零部件，这就是我们的一个技术同源和产品同线的概念。

海装是在2003年、2004年成立以后，他是我们集团公司几家一类企业之一，从事的是风电全产业链的工作。那么我们现在产品从最小的850，实际上我们还有做过200千瓦的，产品是850千瓦的，后面2兆瓦、5兆瓦、10兆瓦，现在整个产品，现在目前市场上主流的功率等级我们都有。昨天我们发布了10兆瓦的功率认证。

为了更好发展，今年7月份成立了北京研究院，我们秉持的还是海装目前的文化，海纳百川的胸怀，拥抱天下英才。大家如果有兴趣的，可以下来多沟通。

我们还是国家海上风电工程研究中心，所以希望与行业加强合作，持续提高产品的技术和质量，降低成本，促进整个行业的良性发展，好的，谢谢大家。