2024年主力電源型風(fēng)電場光伏電站關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用報告

上海中綠新能源科技有限公司主力電源型風(fēng)電場/光伏電站關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用中國綠發(fā)CGDG5006noswWHWIMHnas020W主要內(nèi)容口主力電源型風(fēng)光口結(jié)論國家能源海上風(fēng)電技術(shù)裝備研發(fā)中心CnUptus0umniu0CnUptus0umniu0背景背景□“雙碳”目標(biāo)下風(fēng)光發(fā)電迎來持續(xù)高速發(fā)展；截止2024年6月，我國新能源裝機占比已達38.4%,預(yù)計2030年占比將達49.1%,即將成為主體電源。風(fēng)電光伏同步電源風(fēng)電光伏同步電源同步電源其它Hwcnwtosmin0tOs背景——風(fēng)光發(fā)電單元與同步發(fā)電機組的區(qū)別500wn0ntWMM功率響應(yīng)變化電壓源負(fù)載十負(fù)荷電壓。言故障==================================================建立電壓負(fù)載變化電流源負(fù)載電網(wǎng)高壓也無高壓也無穩(wěn)態(tài)電流善負(fù)荷故障U風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)電影響小全額上網(wǎng)動態(tài)速率慢慢中快低(15%)中較高高風(fēng)電占比兩類向題并存：電網(wǎng)安全和靈活調(diào)度(調(diào)峰)國家能源海上風(fēng)電技術(shù)裝備研發(fā)中心5靈活性與安全性的思考電網(wǎng)的穩(wěn)定運行需求分為靈活性(穩(wěn)態(tài))和安全性(暫態(tài))兩個十年研究歷程及對各項支持的衷心感謝!型新能源發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)研究”;(完成自同步電壓源機組暫態(tài)控制、單機實證)源型變流器研發(fā))”;(中國綠發(fā)CGDG5006noswWHWIMHnas020W主要內(nèi)容口結(jié)論國家能源海上風(fēng)電技術(shù)裝備研發(fā)中心8主力電源型風(fēng)電場結(jié)構(gòu)和技術(shù)構(gòu)成1)自同步電壓源風(fēng)電機組；2)10%風(fēng)場容量的35KV高壓直掛儲能靜止同步機(功率型儲能);3)主力電源型場站控制系統(tǒng)(阻尼協(xié)同振蕩預(yù)防、AGC場站1)自同步電壓源光伏發(fā)電單元；2)10%風(fēng)場容量的35KV高壓直掛儲能靜止同步機(功率型儲能);主力電源型場站控制系統(tǒng)墻線開關(guān)電網(wǎng)火電機組定義：以新能源場站整體為對象，具備自同步電壓源特征●不超配提供持續(xù)時間不小于625ms的3倍額定電流的暫態(tài)電流輸出能力，無延遲自主響應(yīng)暫●慣量響應(yīng)：可自主、無延時釋放風(fēng)電機組的間小于40ms,下調(diào)響應(yīng)調(diào)節(jié)時間小于200ms;中國綠發(fā)CGDG5006noswWHWIMHnas020W主要內(nèi)容一國家能源海上風(fēng)電技術(shù)裝備研發(fā)中12urur一●控制律●控制律UggWJ原動機pDgDg十電網(wǎng)電網(wǎng)ut調(diào)制ut調(diào)制PP電壓調(diào)制電壓調(diào)制顯式映射電網(wǎng)頻率。遵1.00Kpss=0加入抑制器(a)仿真波形(b)實測波形中國綠發(fā)CGDGoLfo十PIQgefPI電網(wǎng)電網(wǎng)時間電壓調(diào)制f隱式映射電網(wǎng)頻率uotOMTnMSC0SWPnrrd00fiiPQdgdddq0ii(0SIIUQUKTSdc秦垚，王晗，蔡旭等.全功率變換風(fēng)電機組的電壓源控制(二):故障暫態(tài)控制[J].中國電機工程學(xué)報，國家能源海上風(fēng)電技術(shù)裝備研發(fā)中上尚文進大拳風(fēng)力發(fā)電研究中心2021年首例全功率變換自同步電壓源風(fēng)電機組運行實證2021年首例全功率變換自同步電壓源風(fēng)電機組運行實證金風(fēng)科技2.3MW風(fēng)電機組風(fēng)力發(fā)電機柴油發(fā)電機500kW光快發(fā)電23528光伏車棚國家能源海上風(fēng)電技術(shù)裝各研發(fā)中心2022年4月甘肅安陸風(fēng)電場運行實證2022年4月6日對甘肅安北第二風(fēng)電場的第71號和第75號永磁直驅(qū)風(fēng)電機組(2MW)進行自金風(fēng)科技2MW風(fēng)電機組1K禮春重2/自隊氧冊206f風(fēng)機喜量月只然A34國家能源海上風(fēng)電技術(shù)裝備研發(fā)中允關(guān)鍵技術(shù)2:自同步電壓源控制下的軸系扭振抑制技術(shù)轉(zhuǎn)速8428600086024機組在自同步電壓8428600086024042426關(guān)鍵技術(shù)3:并網(wǎng)變換器無超配暫態(tài)電流耐受增強技術(shù)難點1:功率器件結(jié)溫難點2:容量不超配下5um0stnWwanwamo0.00RT43.2—暫態(tài)電流耐受能力盡限利用盡限利用自同步電625ms625ms結(jié)溫邊界電流驅(qū)動電壓精準(zhǔn)提升選型邊界電流調(diào)制策略優(yōu)化調(diào)制策略優(yōu)化jmax最大應(yīng)力邊界上海中綠新能源科技有限公司關(guān)鍵技術(shù)4:干臺級電壓源集群穩(wěn)定控制技術(shù)口基于場站實時運行數(shù)據(jù)，在線刷新場站閉環(huán)模型，進而定量評估整場穩(wěn)定裕度；口依據(jù)穩(wěn)定性模態(tài)信息，在線修正各機組的阻尼參數(shù)提升穩(wěn)定裕度，實現(xiàn)電壓源集群的阻尼協(xié)同控制。NN模態(tài)模式阻尼協(xié)同參數(shù)分配場站模型在線刷新場站裕度在線刷新阻尼協(xié)同參數(shù)分配場站模型在線刷新自同步電壓源場站變壓器電網(wǎng)電網(wǎng)OO0P阻尼速度Prerrrf11擴展穩(wěn)定邊界示意圖擴展穩(wěn)定邊界關(guān)鍵技術(shù)5:35kV高壓直掛儲能技術(shù)原理一基于電力電子的電池簇分散接入高壓電網(wǎng)1、無變壓器提升效率；對電池堆分割管控，提升安全性；2、大幅降低電池一致性要求，提升單機容量；2、變換器主動均衡各電池簇的荷電水平，大幅簡化對電池管理系統(tǒng)的需求。國家能源海上風(fēng)電技術(shù)35KV高壓直掛儲能的自同步電壓源構(gòu)網(wǎng)控制技術(shù)高壓直掛儲能裝在電容器”,接鏈?zhǔn)阶儞Q器拓?fù)?硬件)11之物率解空制sOC控制模塊(底層),E0M采樣采樣PmQuMXR"6自同步電壓源控制(上層)中國綠發(fā)CGDG5006noswWHWIMHnas020W主要內(nèi)容口結(jié)論國家能源海上風(fēng)電技術(shù)裝備研發(fā)中2023年12月世界首例主力電源型風(fēng)電場運行2023年12月世界首例主力電源型風(fēng)電場運行口2023年11月，世界首例主力電源型風(fēng)電場-甘肅干河口南北風(fēng)電場投入運行，截止24年8月通530項測試。32臺自同步電壓源風(fēng)電機組華銳3MW風(fēng)電機組、禾望變流器2024年7月世界首例主力電源型光伏電站運行主力電壓型風(fēng)光場站控制系統(tǒng)群控系統(tǒng)服務(wù)器阻尼控制服務(wù)器群控系統(tǒng)服務(wù)器阻尼控制服務(wù)器服務(wù)器主服務(wù)器從服務(wù)器工業(yè)以太網(wǎng)交換機光纖環(huán)網(wǎng)就地監(jiān)控部分風(fēng)電變流器/光伏逆變器高壓直掛儲能控制器口在黑啟動、小風(fēng)、大風(fēng)等多種運行工況下開展裕度評估，振蕩模式運動軌跡如下，結(jié)果良好；口若裕度評估結(jié)果超限，阻尼控制系統(tǒng)動作在線更新各機組阻尼參數(shù)，實現(xiàn)裕度提升。現(xiàn)場監(jiān)測模式運動軌跡小風(fēng)黑啟動主導(dǎo)模式分布00裕度-14.19提升阻尼控制提升穩(wěn)定評估不同轉(zhuǎn)速時間常數(shù)慣量J功率P額定轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速最低轉(zhuǎn)速WNprumuminotasmm544W2+06s0WMmov00070有功功率kw有功功率有功功率kw有功功率kW電網(wǎng)頻率/Hz有功功率kW電網(wǎng)頻率/Hz有功功率kW國家能源海上風(fēng)電技術(shù)裝備研發(fā)中國家能源海上風(fēng)電技術(shù)裝備研發(fā)中上海中綠新能源科技有限公司54aszcnstwMpIt配20%容量，持續(xù)時間1.25S。表1-2短路測試(標(biāo)幺值)合格序號測試點短路前線電壓短路前電流短路前有功功率短路前頻率短路期間電壓短路持續(xù)時間(s)短路電流最大值短路后頻率是否持續(xù)運行第一集電線路是集電線路是集電線路00是集電線路是上海中綠新能源科技有限公司wtow04vavAMtangYno+2102c0.m2.02.511s00661100心0心0起升壓“黑啟動”●儲能、15臺風(fēng)機(每臺限功率450kW)和●投切阻性/感性負(fù)載，3MW、3Mvar、1MW/3Mvar、3MW/1Mvar,在負(fù)載不斷■甘肅干河口實證1:孤網(wǎng)運行金屬性三相短路實驗(儲能+15臺風(fēng)機限功率450kW/臺+3MW負(fù)載00020250MIA)MIA)tM(4)t,M00上海中綠新能源科技有限公司■甘肅干河口實證2:并網(wǎng)運行金屬性三相短路實驗(儲能+24臺風(fēng)機)表1-2短路測試(標(biāo)幺值)測試點短路前線電壓短路前電流短路前有功功率短路前期間電壓持續(xù)時間(s)電流短路后是否持續(xù)是是00是是主變低壓側(cè)是主變高壓側(cè)是是1號風(fēng)機是是平均值達到3.0In,上升時間小于15ms電壓源設(shè)備集群暫態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)實證■新疆尼勒克實證：孤網(wǎng)運行金屬性三相短路實驗(198臺光伏逆變器+3MW負(fù)載)主力電源型風(fēng)電場與同步發(fā)電機機性能對比●暫態(tài)電壓支撐能●慣量響應(yīng)能力與●一次調(diào)頻能力比●僅具備單向二次調(diào)頻能力，工作動一次調(diào)頻滯后時間響應(yīng)時間(0-10%)