2023年10月16日-19日，2023北京國際風能大會暨展覽會（CWP2023）在北京如約召開。作為全球風電行業(yè)年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內(nèi)外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京，聚焦中國能源革命的未來。

本屆大會以“構(gòu)筑全球穩(wěn)定供應(yīng)鏈 共建能源轉(zhuǎn)型新未來”為主題，將歷時四天，包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對話、創(chuàng)新劇場以及關(guān)于“全球風電產(chǎn)業(yè)布局及供應(yīng)鏈安全”“雙碳時代下的風電技術(shù)發(fā)展前景”“國際風電市場發(fā)展動態(tài)及投資機會”“風電機組可靠性論壇”等不同主題的21個分論壇。能見APP全程直播本次大會。

在10月18日上午舉辦的風電機組可靠性論壇上，國能日新科技股份有限公司功率控制產(chǎn)品線經(jīng)理盛潔發(fā)表了題為《風電并網(wǎng)控制技術(shù)與調(diào)頻可靠性探討》的主題演講。

以下為發(fā)言全文：

各位同仁朋友們，大家中午好，我是國能日新控制產(chǎn)品線經(jīng)理盛杰，很榮幸能夠在這里給大家分享一下風電并網(wǎng)的控制技術(shù)。國能日新主要是做軟件系統(tǒng)類的，所以主要分享一下風電場并網(wǎng)控制技術(shù)和調(diào)頻相關(guān)的一些技術(shù)。

我先介紹一下大規(guī)模風電并網(wǎng)的帶來的一些穩(wěn)定控制問題。新型電力系統(tǒng)主要特點是隨著大量的電力電子變流器的介入，有大容量的直流輸電和異步并網(wǎng)的問題。體現(xiàn)在電源側(cè)，就是變流式電源的持續(xù)增長。截止到今年6月底，我國可再生能源的裝機容量達到13.2億千瓦，歷史性的超過煤電，約占全國總裝機的48.8%。體現(xiàn)在電網(wǎng)側(cè)，就是我們特高壓的柔性傳輸技術(shù)。體現(xiàn)用戶側(cè)就是分布式發(fā)電導致的一個配網(wǎng)有源化，還有我們直流配網(wǎng)和微網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展。

相比于同步發(fā)電機主導的傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)，我們新型的電力系統(tǒng)現(xiàn)在主要面臨的就是低慣量、低阻尼和弱電壓支撐這些問題，導致電壓和頻率問題凸顯。具體到大規(guī)模風電接入對系統(tǒng)的頻率電壓的調(diào)節(jié)能力的影響有哪些呢？我們總結(jié)風電場對頻率的影響可能有4點。

一個是我們風電場的輸出功率，它受制于風能的隨機性和波動性的影響；第二個就是我們風電機組它是通過電力電子變流器來并網(wǎng)的，所以它實現(xiàn)了有功和頻率的一個結(jié)果控制。不像我們傳統(tǒng)的同步機，它是頻率和有功是成一個下垂曲線的，所以風電機組是難以向電網(wǎng)提供相應(yīng)一個轉(zhuǎn)動慣量；第三就是我們風電它采用的是電流源的一個控制策略并網(wǎng)，所以它向電網(wǎng)注入的是固定的有功功率和無功功率，是不會主動去參與電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)；第四個就是我們風電典型的一個反調(diào)風特性，它可能夜里2:00~4:00左右，尤其是西北的陸上風，就是夜間處理的峰值與我們的負荷是完全相反的。所以會造成電網(wǎng)的靈活調(diào)節(jié)資源不足，就進一步破壞了我們電力系統(tǒng)的頻率的穩(wěn)定，這些是對頻率的影響。

電壓在我們大規(guī)模風電并網(wǎng)后，系統(tǒng)潮流發(fā)生一些變化。具體體現(xiàn)在我們各個節(jié)點，等同于有功輸出為正，無功輸出為負的負荷。所以我們風電場向系統(tǒng)輸送有功的同時，我們也大量消耗著系統(tǒng)的無功。但是我們的有功它又受風力的影響會波動，所以我們對系統(tǒng)無功的這個需求也會波動，這個就造成了大規(guī)模風電并網(wǎng)的這種區(qū)域附近，它的電壓波動是異常頻繁的，所以就是我們風電并網(wǎng)，其實它的電壓是更難控的。尤其是像一些海上風電，它都是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，就涉及到像5級聯(lián)調(diào)等等。

我們這次的主題主要是頻率，所以我們接下來還是主要講對頻率的影響和我們的相關(guān)調(diào)節(jié)的技術(shù)。我們總結(jié)了一下風電并網(wǎng)對系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的主要影響的因素有以下6點：

一個就是我們系統(tǒng)的開機方式。我們系統(tǒng)的開機方式，它會決定我們系統(tǒng)的慣性和旋轉(zhuǎn)備用的容量。慣性和旋轉(zhuǎn)備用容量越大，那么風電場如果受電網(wǎng)頻率的故障影響，我們退出運行的時候，我們補償系統(tǒng)的有功缺額的速度就會越快，所以對電力系統(tǒng)的頻率的沖擊就會越小；

第二個就是我們電力系統(tǒng)的一次調(diào)頻的作用；第三個就是我們故障元件，故障的元件，它離我們的風電場并網(wǎng)的節(jié)點越近，它的故障造成的我們風電場的低電壓保護動作，而退出運行的可能性就會越大。而且它的電壓跌落就會越嚴重，所以也會影響頻率的下降；第四個就是一個故障的嚴重程度。如果我們風電場在的電網(wǎng)它的故障嚴重級別越高，引起風電場跳機的現(xiàn)象就會越嚴重，所以對系統(tǒng)頻率的影響也會越大；第五個就是我們風電功率的波動。如果風電場所在的區(qū)域它的風資源非常不穩(wěn)定，那么它的有功波動就會非常大，非常難控制。所以如果這個頻率調(diào)節(jié)性能不好，它對系統(tǒng)頻率的影響也會非常大；最后就是我們風電機組的一個動態(tài)性能，就是我們俗稱的低電壓穿越能力。低電壓穿越能力越強，那么電網(wǎng)故障的時候，我們風機跳閘的可能性就越低，那對系統(tǒng)頻率的影響就會越小，反之就會影響就越大，這些是我們風電并網(wǎng)對系統(tǒng)頻率的一些影響因素。

所以既然有這么多的影響，那么該怎么去調(diào)節(jié)呢？就是電力系統(tǒng)它對這個系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定調(diào)節(jié)是有一些輔助服務(wù)的。具體的它針對不同的時間尺度就分為一次調(diào)頻、二次調(diào)頻和三次調(diào)頻。就如我們 PPT右上的圖，大家可以看到這三次調(diào)頻它對于電力系統(tǒng)來說是形成了一個完整的閉環(huán)控制，是從不同的時間尺度上來的。

針對于風電并網(wǎng)，我們這個時間尺度該怎么劃分呢？我總結(jié)了如左上的這么一個圖，可以看到我們0~10秒之間，這是一個我們叫慣量響應(yīng)的環(huán)節(jié)。10秒到30秒之間是我們的一個一次調(diào)頻環(huán)節(jié)，30秒以后到分鐘級是我們的二次調(diào)頻環(huán)節(jié)。也是我們風電廠大家俗稱的叫AGC就是自動發(fā)電控制子站，是這么一個數(shù)據(jù)服務(wù)的功能。剛剛講完這些功能，那么具體怎么調(diào)呢？我們接下來分享一下風電場的一些調(diào)頻的技術(shù)。

首先是一次調(diào)頻和慣量響應(yīng)的一個原理。我們風電場參與系統(tǒng)的調(diào)頻它的有功來源大概可以分為兩個部分，一個是我們風機的葉片它所存儲的一個旋轉(zhuǎn)動能。就雖然我們風機它是通過電力電子變速器來進入電網(wǎng)的，但實際上它還是有原動機的部分的，就是我們的葉片它還是能存儲一定的旋轉(zhuǎn)動能的。第二個就是我們風電主動減載的一個功率的備用。

所以這兩部分我們將頻率相關(guān)的一個控制環(huán)節(jié)引入到我們風電機組的有功控制，我們就得到了這么一個公式。我們公式等號的左邊德爾塔P就是我們?yōu)榱苏{(diào)節(jié)頻率而所要調(diào)節(jié)的有功，式子右半部分的第一部分就是我們的一個叫虛擬慣量的響應(yīng)環(huán)節(jié)，就是我們前面所說的慣量響應(yīng)的環(huán)節(jié)。它是為了使風電風機具有和同步發(fā)電機相似的一個慣量效應(yīng)，在風機的有功控制的部分，我們引入的是一個頻率變化率相關(guān)的一個有供參考的信號，也就是DF比例T。

虛擬慣量控制它主要是用于抑制系統(tǒng)中由于負荷擾動引起的頻率的一個快速的變化。在頻率變化的時候，我們轉(zhuǎn)子也就我們?nèi)~中蘊含的旋轉(zhuǎn)動能，它與電磁功率相互轉(zhuǎn)換，來進行系統(tǒng)的調(diào)頻，維持頻率的穩(wěn)定。在轉(zhuǎn)速變化后，我們轉(zhuǎn)子的動能它就失去了一個調(diào)節(jié)能力，所以這個時間不會撐得很長，一般就不超過6秒。

式子的第二部分是我們叫一次調(diào)頻環(huán)節(jié)，也就是我們通常所說的下垂控制環(huán)節(jié)。下垂控制的原理，它是為了模擬同步發(fā)電機的一個一次調(diào)頻的公平特性曲線，所以我們引入的是一個頻率偏差的信號，就是德爾塔f。當這個頻率變化的時候，我們是能夠在頻率的最低點進行一個非常強的支撐，所以它的支撐的速度是沒有虛擬關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)快的，但是時間會更久一點，這個是一次調(diào)頻慣量響應(yīng)大概的一個原理。

這個是我們當前的國標對應(yīng)我們一次風電場一次調(diào)頻性能的一些要求。它功能的要求就是當風電場有功高于20%的額定有功功率的時候，依次調(diào)頻控制應(yīng)能實現(xiàn)風電場的一個有功的連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。它的響應(yīng)之后時間也就是從頻率變化到我們的有功功率，明顯的朝著我們需要調(diào)節(jié)方向去變化，所花的時間叫響應(yīng)之后時間應(yīng)該不大于兩秒。響應(yīng)時間也就是我調(diào)節(jié)到我需調(diào)量的90%所花的時間是要不超過9秒，我們的調(diào)節(jié)時間也就是從頻率變化到我的有功調(diào)節(jié)，到我所需要調(diào)節(jié)的這個值的精度范圍內(nèi)，就1%的額定有功功率的精度范圍內(nèi)所花的時間，并且沒有在波動出去所花的時間是要不大于15秒。我們的精度是正負1%的額定裝機容量，就這個圖可能有點錯，這個圖是一個老的，他寫的是2%，實際現(xiàn)在是1%。我們的頻率采集的采樣周期要不大于100毫秒，頻率分辨率要不大于0.003赫茲，同時控制周期要不大于一秒。

我們要能夠躲過就是單一短路故障引起的損失的頻率突變，也就是當電力系統(tǒng)發(fā)生大于短路故障的時候，我們的一次調(diào)頻要退出，不應(yīng)該動作。其次就是系統(tǒng)的一次調(diào)頻應(yīng)該與風電場的AGC功能來相互的去協(xié)調(diào)控制，因為他們控制的都是有功功率。但至于怎么去協(xié)調(diào)，國標就沒有做要求了，每個省份它根據(jù)自己的情況會有一些要求。例如說是正向疊加、反向閉鎖，還是正反向都閉鎖，還是正反向都疊加，每個省份會有區(qū)別，這個是國標對一次調(diào)頻的一個要求。

但是現(xiàn)在是沒有國標對慣量響應(yīng)功能的功能和性能去作出要求的，只有一個國標它是提了一句有慣量響應(yīng)功能的風電場，它的慣量響應(yīng)功能也應(yīng)該是與一次調(diào)頻功能去協(xié)調(diào)配合的，只有這么一句話。至于怎么去協(xié)調(diào)配合，現(xiàn)在有一些省份，像安徽、山東，還有云南等等省份，現(xiàn)在風電場都是在做慣量響應(yīng)的功能。所以每個省份它怎么配合的，他們會有自己一些實驗性質(zhì)的要求，因為現(xiàn)在都是在嘗試看到底怎么控好。

就為什么咱們慣量響應(yīng)是沒有要求的，因為慣量響應(yīng)我們前面說了，它的原理還是我們的風機的扇葉所儲存的一個旋轉(zhuǎn)動能去做的響應(yīng)，所以這個功能一般都是在我們風機的主控系統(tǒng)里面實現(xiàn)的。而我們的一次調(diào)頻它主要是全場的一個從一次調(diào)頻系統(tǒng)去實現(xiàn)的，所以它是兩個系統(tǒng)。兩個系統(tǒng)之間不同的時間尺度，它是怎么配合，就是很有難度的。這個跟我們光伏是完全不一樣的，光伏它是光大效應(yīng)，它是完全沒有轉(zhuǎn)子，也就是沒有原動機。所以我們的光伏它的慣量響應(yīng)和一次調(diào)頻都是由快速平均響應(yīng)系統(tǒng)整體去實現(xiàn)的，所以這個實現(xiàn)起來配合起來難度就比較低。

這個就是為什么我們當前沒有國標對慣量的一個要求，這個是我們當前的一個國標，也就是風電場功率控制系統(tǒng)調(diào)度功能技術(shù)要求，這個國標對我們AGC的一個性能的要求，主要是一個控制精度是要小于2%的一個額定裝機容量，這個是比一次調(diào)頻的要求低的，一次調(diào)頻的要求是1%。第二個就是我們的響應(yīng)速率是要每20秒能夠調(diào)節(jié)20%的一個額定裝機，要達到這個速率。這個也是遠遠低于現(xiàn)在部分省份要求的慣量響應(yīng)的一個速率，慣量響應(yīng)有些省份要求大概是一秒能夠調(diào)節(jié)10%的一個額定裝機容量，就非常難達到。

所以大家也看到了我們現(xiàn)在的一些國標對于調(diào)頻的性能要求是非常高的，我們常規(guī)的風電場它在參與調(diào)頻和調(diào)壓的時候是很困難的，很難達到一些技術(shù)要求，這個也是咱們部分風機廠家很頭疼的一件事情。所以一般推薦采用的就是風儲聯(lián)合的一個控制方式，因為我們儲能電站它通過PCS來調(diào)節(jié)，它是一個四象限運行的，所以它的調(diào)節(jié)速率和調(diào)節(jié)精度都是要優(yōu)于風電的。并且就是風電它受風資源的波動的影響，有時候負荷可能可以下調(diào)，但是難以上調(diào)，但是有了頻率，就是有了這個儲能參與調(diào)節(jié)就解決了這個問題。

同時我們這個儲能參與調(diào)壓，它也是能夠?qū)崿F(xiàn)一個動態(tài)無功的置換。就是我們能把SVG這種用于儲備，就電網(wǎng)應(yīng)用于應(yīng)對電網(wǎng)的一些展開事件，這些設(shè)備它的無功給置換出去，讓它能夠在電網(wǎng)能發(fā)生事件的時候，我們的SVG這些功能這些裝置它是具備一個無功調(diào)節(jié)能力的。整體的風儲聯(lián)合的控制，它也能提升整個場站的一個經(jīng)濟效益，因為它會降低我們由于調(diào)頻和調(diào)壓帶來的一些考核。

然后我再介紹一下我們國內(nèi)能日新的一個場站的功率控制系統(tǒng)，就簡單的介紹一下。我們的功率控制系統(tǒng)主要是接收電網(wǎng)調(diào)度的中心的一些有功電壓指令，然后我們主要是來傳給風機的能管系統(tǒng)，就是我們的風機EMS，由他們來控制有功和無功。當這個頻率和電壓越線的時候，我們也會主動的去調(diào)節(jié)有功無功來響應(yīng)電網(wǎng)的頻率和電壓的變化。整個的控制系統(tǒng)它采用的是一個主動預(yù)防性的一個控制，就是我們會結(jié)合當前的一些理論功率，以及我未來的一些電壓和電壓的一些變化等等，我們來預(yù)防性的進行有功和無功的這么一個控制，并且我們結(jié)合了一些人工智能的算法。所以在控制策略上，包括線損的一些工具上就是更精準。

場站功率控制系統(tǒng)它一般都是采用一個集中主屏的方式，一般具備的就是我們列的這些功能，它一般都是靈活可拓展的。像國能日新的功率控制系統(tǒng)，它是最多能支持100個風機能管平臺的同時的介入和控制。同時我們采用的是工業(yè)級的控制器，它是具有IP65的防護等級，而且我們的電磁兼容一般都是要過4級的，系統(tǒng)的可用率是要能達到99.9%以上，這個是我們控制系統(tǒng)的。就是我們是在電力安全一區(qū)，所以我們采用的都是CS的架構(gòu)。我們的這個界面它是可以靈活拓普的，可以各種拖拽，并且能實現(xiàn)一鍵去切換風格，像當前看見的是一個藍色系，我們還有深色系、淺色系等等，就是非常人性化的。

這個是我們風電場的調(diào)頻系統(tǒng)的大概的一個托普圖，我們的控制對象主要就是風機的能管系統(tǒng)，也可能是直控風機，也可能是直控我們單臺風機。再一個我們控制 PCS系統(tǒng)，就是有自備儲能電站的這種風電場，我們也是要控制儲能的。還有SVG，這個是用于調(diào)壓的。同時我們通過遠動系統(tǒng)和PMU裝置和遠動裝置來實現(xiàn)跟調(diào)度系統(tǒng)和scholar系統(tǒng)的一個數(shù)據(jù)交互，它是能實現(xiàn)一些遠程的主動一些，叫主動控制。

那我們來如何解決系統(tǒng)的穩(wěn)定性的問題，我們采用的是一個基于硬件冗余和內(nèi)存同步的一個容錯系統(tǒng)。所以我們的內(nèi)存數(shù)據(jù)和硬盤數(shù)據(jù)它是能完全同步的，不像我們現(xiàn)在主流的一些冗余軟件，它實際上只是硬盤數(shù)據(jù)同步。所以就是當一個機器上運行的設(shè)備，運行的一些功能出現(xiàn)問題的時候，它是整個切換到另一臺機器上是重新去運行，但是我們的這個采用的是內(nèi)存數(shù)據(jù)也完全同步。所以我們從客戶的視覺它其實是只有一臺服務(wù)器的，完全是一個無感的切換。并且很多部分的服務(wù)它是一直兩邊都在跑著的，就不需要一個時間差。

這種方式它是可以應(yīng)用于我們的一個首先是雙機熱備要求的一個高可用的容錯，其次它在接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的一個雙平面和雙主，就調(diào)度它一般分為雙主雙平面，這個也是調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)為了信息安全做的一個保障。我們這種架構(gòu)它是可以支持介入這種調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的雙主雙平面的，就是調(diào)度他想用哪根通道跟我們連，他就可以自己去選擇，我們是都支持的。

同時我們的場站就風電場的它的控制系統(tǒng)是部署在電力的安全一區(qū)，就是我們的生產(chǎn)控制大區(qū)。生產(chǎn)控制大區(qū)對于二次安防的要求和信息安全的要求是非常高的，我們也滿足二次安防所有的一個要求，并且我們提供的是全面化的全面的自主可控的軟硬件的國產(chǎn)化解決方案，就整個軟件和硬件全部都是支持，都有一主兩備的國產(chǎn)化的一個解決方案。

再簡單介紹一下我們公司，我們是成立于2008年，然后2022年4月份是在創(chuàng)業(yè)板上市。我們服務(wù)的新能源的市場規(guī)模達到了260g瓦以上，同時也在一帶一路的就是國外布局，在很多國家做了非常多的項目，大概服務(wù)達到了3.67瓦以上的海外的風電場和光伏電站等新能源電站。

我們公司的業(yè)務(wù)大概是可以總結(jié)為源網(wǎng)荷儲4個層面的。首先在電源側(cè)，我們有功率預(yù)測系統(tǒng)、并網(wǎng)控制系統(tǒng)、電力交易、氣象預(yù)警和智慧運維等等。就我們功率預(yù)測系統(tǒng)它市場占有率是非常高的，現(xiàn)在很多場站的PK都是第一名。并且這個功率預(yù)測系統(tǒng)它也是可以提供全省資源的一個預(yù)警，全省氣象預(yù)警，還有像風機浮冰等等的這種預(yù)警，也是可以給我們這些風機廠家的安全控制帶來一些好處的。

然后網(wǎng)測我們主要是提供省地調(diào)的一個功率預(yù)測系統(tǒng)，還有分布式的群控群調(diào)系統(tǒng)，分布式的承載力評估，還有新能源消納管理等等。在負荷側(cè)我們有微電網(wǎng)和虛擬電廠等業(yè)務(wù)，在儲能側(cè)我們提供一個風光儲一體化的控制。我的分享完了，感謝大家。

（根據(jù)演講速記整理，未經(jīng)演講人審核）