GE常守忠：大型风电场一次调频响应控制的关键技术分析

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，竞价/平价上网：风力发电创新技术论坛于10月23日下午在新国展召开。GE可再生能源陆上风电工程部经理常守忠出席大会并发表主题演讲。以下为发言全文：

常守忠：尊敬的各位领导，各位嘉宾大家下午好，先做一个简单的自我介绍，我叫常守忠，来自GE陆上风电发电集团电器研究部，响应主持人的号召，我会把我的这个演讲尽量压缩在5到10分钟。前半场很多专家都介绍了平价上网的一些关键的技术，其中一个重要的一点是电网的友好介入，这是它的一个非常关键的技术。今天我跟大家分享的就是友好电网介入其中的一部分技术。我将分为三个部分跟大家做一个探讨，一个就是电网惯量控制的一个基本概念，第二个是GE在这方面做的一些探讨和研究，最后就是我们的一些运营实例。这个是一个GE风力发电单线图，控制系统的单线图，中间是发电厂的一个局域网，然后在这个局域网上，我们可以把所有的企业系统，以及远程客户都联系在这个局域网上，然后包括这个分资源的采集的一些信息，然后像下面就是我们分厂的一些设备，比如说分机，变电量的一些控制。具体说到我们风机这一个级别，就是右边大家可以看到是有多台风机，我们每一台风机都有自己的主控，然后在多台风机合起来汇流的一个变压器上，我们同时有分厂的控制叫（英文）。然后我们GE所有的这些友好的电网介入技术，都是在这两层控制里面去实现。我们GE的电网介入介入，其实从2002年左右开始做这个低电压穿越，一直到现在，经过十几年的话，我们其实做了好多的工作，包括一些电压穿越孤岛、弱网、串联补偿等等，今天我可能就抛砖引玉，仅仅是调频跟大家做一个简单的分享。

调频这是一个大家应该在座有很多电网行业的专家，它是一个电网方面的一个专业词汇，实际上就是电网里面发电负载必须平衡，一旦有这个负载脱落，我们会引起频率的不稳定，我们必须调整功率来纠正这个频率的偏移。那从时间尺度上我们也可以分为惯量控制，一次调频，二次调频，然后这里我们可能主要就集中在这个惯量控制这个点上。然后我们大家都知道，这个传统的发电设备，和这个风力发电是有非常大的区别，我们传统的发电机它的速度控制是它的一个目标，所以它本身具有天然的惯量控制，一旦频率偏移了，它自动会去调整功率，而我们的风力发电是截然不同的，我们的风力发电，本身它不是主宰电网，它仅仅是一个跟随者，所以电网的频率在波动，它是跟随着电网的频率在波动，类似于我们高速路上，前面的开车的是自己在主宰速度，而风力发电相当于后面跟车的，它不会去主宰我到底是120还是100还是140。

然后GE在这个惯量控制上，一个大概的策略其实就是如这张图所示了，上面是一个功率的曲线，下面是频率，当这个频率掉落到一个阈值的时候，我们会在短时间内在这个掉落的前10秒内，我们尽量提供一个过载能量，然后大概10%提供10秒左右，尽量我们就是利用这10秒的时间，给其他的调频装置来提供这个反应时间，我们真正的这个频率偏移，我们分电因为它占的比重小，所以我们不能指望它经过一个比如说10秒、100秒或者甚至多少多少分钟，半个小时调节，我们是不可能指望它做这个事情，所以我们尽量是希望风电在短时间内提供一个支撑，给其他装置提供反应时间。然后我们在调整频率偏移的时候，因为毕竟是一个过载，然后同时我们还会兼顾一些其他的团流控制，一些载荷控制，一个简单的框图，就是我们会在电网和组编的地方采集这个频率，然后把这个频率传到我们的控制系统里面，利用我们这个功率和频率的一个控制，然后经过功率调节器得到功率，然后传输到变频器，最终由变频器控制整个风机，增大这个输出转矩。

简单的举几个例子，其中的一个是我们在加拿大现场的一个实例，就是这边看的不是很清楚，这一条蓝线是一个基准，就是光有水电，然后这一条红线是同样的容量但是其中有一个GW是分电，大家看到如果没有惯量控制的话，它的频率偏移的还是比原来水电要更多的，而这一条，这个是不带惯量控制的，这个是带有惯量控制的，所以可以看到，这里面如果风电也发挥了它的惯量控制之后，它会更好的减少频率偏移，而另外一个呢是说，我是同样的这个水电，12.7GW，但是我又加了3个GW的分电，虚拟同步惯量，所以可以看到这个频率偏移会更小。

下面第二个应用是我们在爱尔兰现场的一个应用，这是一个实例，这一条是频率，然后这一条是功率，在现场根据客户的要求做的一个实验，当频率掉落的时候，大家可以看到这个功率，在10秒内它是提供了一个过载，在掉落前这个功率大概是，总的功率是16兆瓦，这个过程里边我们提供了额外的1.6兆瓦的一个10%的输出。这个客户也是审核了这个数据之后，特地发感谢信来肯定我们GE的这个性能，这是第三个应用，也是爱尔兰，这是一个分电和储能结合的一个系统，也是类似就是说，这是一个真实的事件，我们在现场，然后这个是频率，频率掉下来之后，这是储能电池的功率，以及分机的功率，都在短时间内提升，然后可以看到总功率，实际上在跌落前，风机的总功率大概在25兆瓦左右，从这里可以看出来，然后在这个过程中，它额外的提供了3.6，其实是远远超过10%。这个也是客户特地发感谢信给我们，肯定咱们这个表现形式，我的分享就是这些，如果大家有什么问题，咱们可以会后再交流，谢谢大家。

（根据演讲速记整理，未经演讲人审核）