2018年11月14日上午，由中國電器工業(yè)協(xié)會風力發(fā)電電器設備分會、中國電工技術學會風力發(fā)電技術專業(yè)委員會、東方風力發(fā)電網(wǎng)主辦，江蘇中車電機有限公司承辦的第三屆中國海上風電大會暨風電電氣裝備高峰論壇在北京四川五糧液龍爪樹賓館隆重開幕。
上海電氣風電集團有限公司電氣室主任俞慶在嘉賓演講環(huán)節(jié)發(fā)表了題為《海上大容量風電機組柔性并網(wǎng)接入技術探討》的演講：
一、海上風電綜述；
眾所周知，我們國家擁有1800多公里的海岸線，可利用海岸面積有300多萬平方公里，正如昨天氣象局張教授給我們展示的，在我們國家的沿海海域在冬天和春天有北方的冷空氣，在夏天和秋天有熱帶氣旋的影響，因此我們海上的風能資源是非常豐富的。我們對于整個海岸線沿海海岸分了三個區(qū)域：一是在以山東為主的渤海灣以北的地區(qū)，這部分地區(qū)年平均風速在6-7米之間；二是江蘇和浙江以及廣東的一些區(qū)域，這些區(qū)域年平均風速在7米，受到臺風影響也比較小，偶爾夏天有一些臺風經(jīng)過；三是廣東躍動福建海域是8-9米。從海洋地質(zhì)情況來看，國家海洋分布是在北方的地區(qū)海底情況比較平坦，越往南海底有山地的形勢，福建和廣東區(qū)域海底以山地為主，所以因此在建設機組的基礎的時候是比較困難的。
隨著風電的“十三五”發(fā)展到了2020年底，海上風電的裝機總?cè)萘繉_到5GW以上，開工容量會達到10GW以上。2017年是海上風電迅猛發(fā)展的一年，總的裝機量達到319臺，新增裝機容量達到116萬千瓦，同比增長97%。其中我們公司新增裝機容量58.8萬千瓦，2017年共吊裝147臺，同比增長50.5%。
這張表是截止到2018年3月份，我們的公司只是海上一些業(yè)績，4兆瓦130的機型是一款比較穩(wěn)定的成熟的機型，最早安裝的一臺機子在海上安裝了已經(jīng)近5年的時間，這臺機型我們共建設了20多個風電場，在福建和廣東區(qū)域我們主要中標的機型都是6兆瓦和7兆瓦為主。
二、柔性并網(wǎng)接入技術；
我這邊拿來這張圖一個是特斯拉，一個是愛迪生，從人類發(fā)現(xiàn)電以來我們交直流電之間的交鋒就一直沒有停止過，特斯拉把我們帶入了一個交流時代，有了交流以后就可以升壓電力傳輸。隨著現(xiàn)在技術的突破，2002年兩位德國學者共同提出了MMC的拓撲結(jié)構(gòu)，模塊化多變頻的換流器成為直流輸電的主流趨勢。海上的風電場昨天很多專家也說明了，海上風電場現(xiàn)在越來越多往深遠海發(fā)展，離岸距離越來越遠，這種情況下交流的遠距離傳輸就會遇到瓶頸。得益于技術的發(fā)展，海上風電場的直流并網(wǎng)變成了一種可能。
這是一張典型的海上風電場并網(wǎng)圖，我們從這張圖可以看出整個風電場分為三個層次：一是機組層級；二是風電場層級；三是輸電線路層級。輸電線路層級又可以分成兩種形式，一種是交流，一種是直流。直流輸電也大致分成兩種路線，一種是全控的MMC形式，第二種是不可控的二極管，海上的換流站用MMC形式或者用二極管形式，國內(nèi)大多數(shù)研究形式是在MMC形式的換流站，歐洲現(xiàn)在已經(jīng)開始在往這方面研究，并且有相應的項目是不可控的二極管的換流站的海上風電場。
這是MMC全控性柔性直流輸電系統(tǒng)，通過海上直流線路匯流到海上的升壓站，直接用直流線路輸送到岸上，由岸上的換流站形成逆變流升壓匯入大電網(wǎng)。我們國家也有這方面的示范項目，比較著名的一些示范項目有上海南匯的兩端柔直，通過這些示范的項目我們已經(jīng)基本具備了多端柔直直流輸電方式、運行方式，多端柔直直流方式之間的切換，故障穿越，多端柔性動態(tài)性能，MMC環(huán)流閥橋壁環(huán)流抑制、MMC模塊電容排序及冗余模塊切換，以及多端柔直保護功能配置及策略等技術難點。
我們上海電氣也與上海交通大學蔡教授團隊共同完成了上海市科委的一個科研項目，海上風電柔直并網(wǎng)及深遠海風電機組關鍵技術研究項目，在這個項目中我們提出了適用于并入柔直的風電場，和柔直換流站控制策略，以及提升互聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性的換流站控制策略。
這張是整個MMC換流站并入時的一個控制架構(gòu)，從這邊可以看到包含風電場的控制器、風機控制器、海上換流站控制器，從這張拓撲圖上能夠很明顯的看出這些控制器之間都需要進行信息的交互。
考慮到海上風電能量是一個單向流動的能量，因此海上的風電機組輸出能量單向流動到岸上，歐洲就開始考慮用二極管換流站的方式來取代傳統(tǒng)的MMC換流站，二極管的換流站相比跟MMC換流站之間的優(yōu)勢在于能夠減少繁復的控制環(huán)節(jié)，比MMC換流站運行可靠，同時也能夠降低投資的成本。從這邊可以看出，這個是風電場、升壓站、二極管、二流管，從直流線路一直輸送到岸上，但是在這個系統(tǒng)中需要一條小容量的交流回路，為風場的啟動建立啟動電壓，一旦風場啟動以后就可以由二極管換流站將能量輸送出去，這個時候我們就可以斷開小型的交流輔助回路了。
這是在海上二極管柔性并網(wǎng)技術的一個控制架構(gòu)，我們可以從最上面橘紅色的是風場輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制器，岸上換流站的控制器，這邊是海上集群控制器以及海上風電場控制器，以及風機的控制器。這些控制器之間有哪些功能呢？下面我給大家簡單介紹一下。
主要功能是在系統(tǒng)啟動和停止時控制運行，在發(fā)生故障時進行系統(tǒng)診斷和重新配置，同時接收上級電網(wǎng)的調(diào)度指令，同時也是協(xié)調(diào)岸上電網(wǎng)的一個輔助服務，如調(diào)頻、有功出率的管理等。這是作為風場輸電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制器與風場控制器之間的一個接口，將交流并網(wǎng)同步能夠交流并網(wǎng)啟動時的一個同步作用，并且是交流、二極管、換流站的協(xié)同控制，處理并向風電場控制器發(fā)送運行命令和工作點指令。這邊有一個風場控制器，其實在有的整個輸電系統(tǒng)中如果是用單加的一個風機就不需要一個風電場集群控制器，直接用風場控制器就可以了，這邊的拓撲是考慮到比如說整個系統(tǒng)中有各家不同的風機，考慮各家不同風機的控制器，因此就多了一個控制的層級。
風電場控制器的主要功能是協(xié)調(diào)控制集電線路和輸出層級的功率，同時作為風電場集成控制器與風機之間的接口，向單個風機發(fā)送運行命令，同時也兼有風電場的優(yōu)化，無功功率的優(yōu)化，和線損最優(yōu)化的控制。
這個是在海上柔直并網(wǎng)輸電系統(tǒng)下的一個風機控制器的展示，我們可以看到機組的控制器在交流并網(wǎng)時，或者是孤島運行的時候要實現(xiàn)電壓的控制功能，在輸電狀態(tài)下完成有功功率的控制，風電場交流電網(wǎng)的一個頻率的控制，系統(tǒng)的模式的變換，或者發(fā)生故障時能夠進行檢測，并且進入相應的操作模式。
這邊是一個直流電網(wǎng)的一個典型的三個拓撲形式，由點對點的、樹狀的以及網(wǎng)狀的，有的時候根據(jù)不同的地理環(huán)境也可能是一種混合的形式，具體適用于哪種形式就完全需要根據(jù)海域以及投資的一個成本，從可靠性的角度去選擇。
三、海上風電機組；
下面請允許我為大家介紹一下我們上海電氣的海上的一些明星產(chǎn)品。首先是這款4.0-146今年新發(fā)布的產(chǎn)品，整體密封設計能夠防止內(nèi)部器件的腐蝕，配備全功率的變流器，因為我們采用的是屬龍（音）的發(fā)電機，配備全功率的變流器保證有功功率和無功功率的靈活調(diào)節(jié)，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能夠提高整個機組的可靠性。
另一款也是我們今年新發(fā)布的一款產(chǎn)品，是6.XMW-172，其實我們這款產(chǎn)品真正定義是6.X-172的，是目前國內(nèi)最大風輪直徑的一款產(chǎn)品，172米，具有更強的發(fā)電能力，同時一個平臺化的設計能夠根據(jù)不同的項目風資源的情況靈活的提供解決方案和容量的配置，最大化業(yè)主內(nèi)部收益，同時大容量的機組還可以集約用海，尤其是在南方山地地區(qū)，因為基礎的問題，一個基礎非常難打，所以這么大款的機型就可以發(fā)出6兆瓦甚至更多的電，能夠幫助客戶解決海洋環(huán)境和海域受限的問題，它接入我們公司的云中心大平臺，能夠進行后臺的分析，實時對故障進行監(jiān)測監(jiān)控，降低運維頻次，同時提高發(fā)電量。
這款產(chǎn)品是我們和西門子格美撒（音）經(jīng)過20年四代產(chǎn)品的不斷技術提升，這款產(chǎn)品成為了一個優(yōu)秀的系統(tǒng)工程的設計典范，7.0-154是基于零傷害的設計，充分考慮了海上環(huán)境運維風險，有非常優(yōu)秀的人機工程設計，能夠確保運維人員安全和舒適性。配備了獨特的葉片設計以及系統(tǒng)的設計考慮，能夠確保發(fā)電量提到最高。這邊我們比較有亮點的一點，因為在同一平臺上有一款6.0的產(chǎn)品。在興化灣今年2018年超強臺風瑪麗亞臺風過境的時候，這款6.0的產(chǎn)品完全沒有停機，25米風以后它是經(jīng)過了一個高風穿越，整個臺風過境期間它始終是在發(fā)電的。
我們海上風電機組在全交流并網(wǎng)時也考慮了柔性并網(wǎng)技術的接入，有一個故障穿越的功能，低電壓穿越和高電壓穿越，并網(wǎng)的適應性，不平衡適應性，諧波適應性，電壓的偏差，頻率的偏差，以及電壓閃變的適應性，還有電壓的穩(wěn)定性，并且對電網(wǎng)有一定的支撐，能夠參與系統(tǒng)的調(diào)頻調(diào)壓，機組對外呈現(xiàn)虛擬的發(fā)電機狀態(tài)。
在這些單機的柔性控制的基礎上我們還有一個場控的MPPP系統(tǒng)，這邊列出了MPPP的工作流程，這邊MPPP參加電壓調(diào)節(jié)的一個工作流程。
四、總結(jié)。
我專門拿了這么一張圖就是八卦，之前我給大家八卦了一些海上并網(wǎng)技術的這部分內(nèi)容，其實我們中國一直講究的是柔和，陰陽融合，在海上直流并網(wǎng)技術中也是一個融合，一是交流和直流之間的融合，同時也有控制系統(tǒng)之間的融合，剛才介紹了支流并網(wǎng)技術需要更多的場控技術，單機的一個控制技術。
我們國內(nèi)現(xiàn)在示范工程多為MMC形式的換流站，在這部分我們有很大的技術儲備，也有運行的經(jīng)驗。對于海上二極管換流站我們也只是更多的是一些研究性的內(nèi)容，另外直流器件，直流的高壓斷路器還沒有形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，所以整個器件采購成本非常高。因此我們認為柔性直流關鍵技術運用才剛剛開始，需要我們各方面不斷努力，謝謝大家！
（發(fā)言整理自現(xiàn)場速記，未經(jīng)本人審核）
