DNV-GL集团研究员：离岸风场的谐波分析
能见APP讯：10月19日，2016年北京国际风能大会暨展览会在中国国际展览中心召开。DNV-GL集团战略研发电力系统研究员孙寅在论坛上发言，并分享了离岸风场的谐波分析。
以下是发言全文：
孙寅：大家早上好，我进入到主题，跟大家聊一下单机的模型的一个验证以及相关的IEC，还有工作组相关的模型的一个进展。向大家介绍一下。
首先，简单介绍一下DNVGL，我们进入到8兆瓦风机的斜坡建模，还有一些模型介绍当中，最后向大家介绍一下等效模型，还有实用模型相关的比较。
DNV-GL是比较大的一个认证公司，我们在多个领域有工作。包括船舶，海上石油天然气平台，还有相关的能源，还有这个软件，我所处的这个工作，主要是在集团战略研发。我们主要是在4个方面进行了战略研发。第一，大电网，有智能电网，还有储能，还有相关的可再生能源。大电网相关的工作，我们最近进行就是欧盟最大的一个项目，就是关于直流一个研究，包括了西门子等多个知名厂商，这个方面进行了大型的直流断流器验证，还有开发的工作。风厂的模型，现在主要的工作的重心，就是在风厂模型的优化，主要也是用在了这个模型。这个是问了一下相关的工作，在智能电网，我们侧重于主要的是电力电子认证工作。我们有世界领先的电力电子实验室，主要是用来做相关的干扰之间的关系，还有动态的模型认证地
那么，我们快速地进入到今天这个主题。我们聊到离岸风场的时候，我们更多是看到离岸风厂相关的地形，还有多学科交叉的这个情况。今天主要是聊在离岸风场作为弱电厂，有高频的斜坡斜正的问题。当频率在频率上面，如果看到我们右下角这个图，当这个离岸平台风场自身的值相等的时候，角度180度的时候，会产生串联还有并联的一些情况。这个是造成在弱电网下，风厂没有办法正常运行一个原因。在欧洲，还有主要是德国，弱电网这个情况下已经发现的两个问题，连接的时候共同运行的时候有可能产生80兆左右的（英文）。同时，在更高频率也是有可能的。这个模型主要是一个简单的电路模型，上图是一个简单的模型直接连到电网当中。我们可以看到，从电网向风机侧看的时候，风机侧有一个等效电子，当我们从风机侧向左看的时候，就是一个串联的一个电路。两个电组值相等，角度相差180度，可以看成大电流向这个注入一个情况。这个是主要造成低频一个斜正原因。就是会造成低频的斜正。
在风机向电网侧观察的时候，可以看到一个串联一个斜正电路，两个相等，相差180度的时候，这个小电流造成电压一个急波。可以在这里看到，当有并联斜正的时候，可以看到电组非常小，串联的时候，这个是会达到一个巅峰，这个是可以看到一个基本的一个模式。
这里讨论什么呢？作为一个8兆瓦一个风机侧一个变流器一个模型，可以做一个精细化的一个模型。模型主要是采用旋转空间控制方法，可以把电流环控制，可以做出来一个PI一个控制，最后，可以直接打，可以给到工缴这个控制。
这个是得到，电网侧的斜坡一个平普，这个平普如果放大可以看到，这个平普和14年的这个对比，可以看到，做出来这个模型基本上符合这个斜坡的要求。可以说明这个模型具有一般的适用性的。
下面主要讨论一下等效的的代工难，还有相关的传统用来做斜坡分析的一个理想化一个对比。
传统理想化的电路模型，主要就是在广泛用与GPO，还有这个情况下，是满足之前的比较低的情况下，是比较使用的。但是，这个测试报告一般来说主要是用来做测试的。这个IEC已经做了更改，这个测试报告不应该直接用来作为斜坡计算一个依据。这个直接作为依据，这个有是有多个问题。第一个测试报告就是在所谓的不干净电网做的测试。这个在5次和7次经常有一个相对比较高的一个输出，这个是对于测试报告一个理解。
第二个，在这个纯模型下，可以看到，这个等效的电组是无穷大。这个跟电网的互动，就没有办法很好地表现出来，这个也是这个模型主要的一个大的一个问题。在以下两个工作组下，都是有相关的工作在进行。IEC 61400-21，提出风机斜坡建模一个工作。
IEC提出的相关模型需要满足以下三个特征。首先，这个模型表现出IGBT相关的控制策略，还有控制的相关的等效的频率电组。这个模型需要很好的表现出来风机斜坡，还有电网相关一个联系。等效可以等效为诺顿。
可以看到，如果我们把它看作一个诺顿等效一个电路，这个电组分两部分。第一部分，固有的一个电路。另外一个部分，等路出来的一个等效一个电组一个电路。
一共有三个方法可以作为相关的一个验证。一个试验手段作为测试，小信号一个测试得到频率等效一个电组，也可以作为相关的一个方法。主要是用这个方法最这个模型做一个探讨，这个可以和频率进行一个探讨。
这个建模下面，这个电路的电流环可以表现为以下这样一个几种图。外部电网电压还有电流，直接到电流环，进行一个控制，在控制下面可以看成等效电流电子模型，可以看成左边是AC这个电压源。
当我们对这个电压源进行小信号模型处理以后，我们可以得到以后的等效小信号，频率相关的等效电组，这个是比较复杂的一个数学一个公式。如果放在图上来看，当然有一个正序，负序一个等效电组。正效等效电组下，这个有一个巅峰，这个主要是体现DQ旋转空间。
我们把模型放在一个简单的一个小电网中，把风机放到右面，可以得到下面一个平普，我们可以看出来，我们看一下相对优化的一个斜坡建模。第二个，就是传统的电流源。第三个第四个红色黑色，就是表现出来了什么呢？在网侧产生这个斜坡。最后一个，就是加载的10%的5次和7次的网络斜坡，5次和7次，我们加载电网背景情况下，我们可以看到，5次和7次，我们可以激发5次和7次的电流斜坡。可以看到这个模型相比红色的这个精细化的10，5次下，比红色的低一些。7次下，这个模型的精确度可以看到，已经偏离这个模型了。可以看到什么原因呢？主要是在所用模型，这个是在1300左右。这个均值等效模型，一般就是4分之一左右。可以看到，7次的时候，这个均值化模型基本上不适用了。
最后，提出了这个相关的电力电子斜坡模型，可以一部分关于和电网斜坡一个相互一个作用。他比传统的纯电流源，在这个方面有一定的进步。我们也是可以看到，这个均值化下面的适用性，高频情况下，风机情况下，这个使用度有限的。
后续的工作希望可以展开，主要是在模型的验证方面希望进一步地在这个试验条件下对这个模型进行验证。
谢谢大家。
主持人：谢谢孙先生。到风机平普那一页，你这个测试，现在给出来这个平普，因为是一个背靠背变流器出来的这样一个斜坡。这个有一个特殊结构，为什么在这里有呢？
孙寅：如果是在26次，一般的标准就是到50，如果再往后看，52次可以看到。
提问：还有一个问题，你的网络原件怎么建的？
孙寅：现在来看，这个是涉及到单机的，网络原件这个建模没有精细化，这个是第二个部分，单机建模，单机斜坡建模已经完整的情况下，就是放到一个大的离岸电网当中进行精细化一个分析。这个里面主要是探讨单机一个。这部分建模就是理想的电压源，后续的验证过程当中，这个电压源加了5次的斜坡，来表现这个纯电流源和斜坡的一个等效电路一个区别，这个建模相对比较的简单。
提问：你对于多机等效怎么看的？
孙寅：这一块儿是很复杂的，因为我在8月份刚刚参加了用户的会议，现在来看大部分的多机等效，最近开会，对于行计算有一个介绍。 用EMT精细化模型可以计算，400个可以建400个风机，这个是实际分布计算。斜坡，总的来讲，我个人有一个看法，斜坡的计算。但是，这个是对于这个简化更多。在这个情况下做EMT实际建模，对于这个变换，是可以体现出来这个质量相关的变化，还有动态的作用的。那么，在这个频率情况下，大部分还是做一个简化等效一个过程。
提问：谢谢孙寅先生。
孙寅：谢谢。
提问：您好，想问一下。主要的斜坡是低频的还是高频的？一般分布什么区域？您说5次和7次，根据我们经验，不只5次和7次。
孙寅：一般就是这样的，在斜坡这个分布的情况下，一般0次这个斜坡，3次斜坡可以看成零序。5次7次主要是考虑到工业界大部分是用6个电流电子东西，产生大部分就是5次7次，甚至11次，13次。在离岸风场来讲，最近研究成果来看，大部分的斜坡集中在300赫兹左右。实际上就是5次和7次范围内，大部分的模型或者这个等效都是集中反映5次和7次上面，这个是固有一个原因。
提问：第二个问题，您举例里面用了一个模型，这个斜坡是不是和我们的风机的类型，比如说，双汇，包括变流器类型不相关的。我们都是以5次和5次是主要的一个对象或者控制对象。
孙寅：我觉得这个问题应该这样看。斜坡产生不只是风机产生斜坡，还有背景斜坡。风机对于系统的斜正是另外一个，相互互相影响。因为斜正来看，如果看一下系统当中背景斜坡5次7次大量存在，离岸风场通过大的长的AC电缆有放大的作用，或者说如果有平台，这个平台取决于是用两电频三电频结构？这个对于斜坡产生影响也是不太一样。主要是说，电网当中，假设是用AC的电缆去连接，这个会对5次7次有一个放大作用。相对反向5次7次斜坡，会对这个电流斜坡有一个激发作用，这个里面他们的相互作用就是对这个风场，还有风场的设计有很大的挑战。设计的时候，考虑的模型，也就是斜坡建模模型没有考虑到风机网侧变频器等效阻抗，这个斜坡的设计不是大了就是小了，总是偏的。那么，整个的斜坡的设计就不是最优的，达不到目的。
提问：谢谢。
