中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國國際儲(chǔ)能大會(huì)在蘇州香格里拉大酒店圓滿召開，來自中、美、英、德、澳、日、韓等國家的1400余位嘉賓到場參會(huì)。大會(huì)共邀請(qǐng)140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國儲(chǔ)能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會(huì)最具價(jià)值的聲音。
大會(huì)期間，江蘇歐力特能源科技有限公司研發(fā)部副總經(jīng)理陳智勇，在“新能源發(fā)電并網(wǎng)專場”，以《新能源發(fā)電接入電網(wǎng)面臨的若干問題及對(duì)策研究》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布，以饗讀者。
江蘇歐力特能源科技有限公司研發(fā)部副總經(jīng)理陳智勇
陳智勇：江蘇歐力特能源科技有限公司是一家專業(yè)從事解決儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)方案、通信后備電源、微電網(wǎng)、智能電網(wǎng)、電動(dòng)汽車儲(chǔ)能、電池產(chǎn)品研發(fā)制造的國家高新技術(shù)企業(yè)。新能源通過電力電子裝備大規(guī)模接入電網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)主要可以分為兩部分，第一部分就是高壓并網(wǎng)方式下的以風(fēng)電和光伏為主要形式，通過110千伏、220千伏進(jìn)入大電網(wǎng)，此時(shí)最主要的電能質(zhì)量問題就是寬頻振蕩問題。對(duì)于中低壓形的分布式接入系統(tǒng)主要的面臨電能問題有以交直流微電網(wǎng)為典型，離網(wǎng)模式下它的主要電能質(zhì)量問題是環(huán)流問題，下面是分布式發(fā)電單元的集群諧振問題，以及交直流微電網(wǎng)共同存在的慣性缺失問題。
下面是介紹低壓模式下面交直流微電網(wǎng)控制的若干問題及對(duì)策，無論是交流微電網(wǎng)還是直流微電網(wǎng)，在離網(wǎng)模式下面它的電能質(zhì)量問題主要是環(huán)流問題，并網(wǎng)模式下面它的主要電能質(zhì)量問題是集群諧振，同時(shí)他們也存在著慣性缺失。對(duì)第一個(gè)小點(diǎn)，交流微電網(wǎng)內(nèi)部的環(huán)流問題我們?cè)趺礃觼斫鉀Q？環(huán)流主要有兩種形式，一種是交直流共母線所產(chǎn)生，另一種是交流共母線所產(chǎn)生。環(huán)流產(chǎn)生的主要直接原因是各分布式發(fā)電單元的輸出電壓及相位偏差所導(dǎo)致。逮對(duì)于等效阻抗的不同又分為兩類，第一類是由于聯(lián)絡(luò)線路的阻抗不同，另外一類就是逆變器的閉環(huán)控制系統(tǒng)的等效阻抗不同。此處給出了兩臺(tái)逆變器并聯(lián)情況下面輸出電壓的相角跟扶植差與激波環(huán)流的一個(gè)關(guān)系圖，這里由于時(shí)間所限我就不細(xì)講了。
對(duì)于環(huán)流的抑制可采用魯棒下垂多環(huán)控制系統(tǒng)，其中魯棒下垂環(huán)節(jié)可以提高各分布式發(fā)電單元輸出電壓的參考信號(hào)的同步。對(duì)于虛擬阻抗環(huán)節(jié)可以改造逆變器閉環(huán)等效輸出阻抗，另外可以通過采用更先進(jìn)的電壓控制器來提高逆變?yōu)V波輸出電壓對(duì)參考指令信號(hào)的跟蹤效果，從而能夠降低環(huán)流。通過這三個(gè)過程，可以有效的降低逆變器之間的環(huán)流。此處給出了虛擬阻抗環(huán)節(jié)的示意原理圖，其中虛擬阻抗環(huán)節(jié)，虛擬阻抗包括實(shí)部分量跟虛部分量，通過對(duì)實(shí)部分量和虛部分量取值可以使得逆變器等效輸出阻抗實(shí)現(xiàn)在不同電壓條件下不同阻抗背景下環(huán)流的抑制效果。此圖給出了虛擬阻抗環(huán)節(jié)實(shí)部分量和虛部分量與激波環(huán)流的一個(gè)三維關(guān)系圖，通過該圖可以發(fā)現(xiàn)通過合理的實(shí)部和虛部取值能夠有效的降低之間的環(huán)流。對(duì)于第二個(gè)小點(diǎn)，交流微電網(wǎng)內(nèi)部的諧波、諧振，也就是說在低壓并網(wǎng)模式下面的集群諧振問題，對(duì)于集群諧振可以這樣做一個(gè)感性的分析，由于各逆變器等效阻抗以及配電網(wǎng)阻抗之間，它們?nèi)咧g由于阻抗的耦合關(guān)系，可能會(huì)產(chǎn)生一系列的串并聯(lián)耦合現(xiàn)象，使得并網(wǎng)電能質(zhì)量受到影響。
對(duì)于集群諧振問題有一個(gè)非常有意思的現(xiàn)象，它就是并網(wǎng)點(diǎn)的電流的諧振風(fēng)將隨著逆變器并聯(lián)的臺(tái)數(shù)的增長而向低頻偏移。對(duì)于這樣的低頻偏移的現(xiàn)象可以從如下物理電路上面來進(jìn)行一個(gè)解釋，首先我們把認(rèn)為分布式發(fā)電這樣一個(gè)集群系統(tǒng)的多個(gè)電源通過規(guī)劃處理視為一個(gè)電源，然后以并網(wǎng)點(diǎn)為界將電路切開，左邊的電路我們進(jìn)行最基本的電路分析，將它等效成一個(gè)簡化模型，根據(jù)右下角的那個(gè)簡化電路圖我們可以求出集群并聯(lián)系統(tǒng)。我們可以將其參考電流的系數(shù)傳遞函數(shù)做出其關(guān)于逆變器臺(tái)數(shù)的三維展開圖。通過這三維展開圖我們可以發(fā)現(xiàn)隨著逆變器數(shù)量的增多，其諧振風(fēng)將向低頻偏移。
接下來我們以案例的形式來對(duì)低頻偏移進(jìn)行一個(gè)理論分析，首先選取最常用的電流雙閉環(huán)控制作為研究對(duì)象，可以使得研究結(jié)論具備普適性。在并網(wǎng)模式下面采用電流控制逆變器，左上角該圖給出了多個(gè)并聯(lián)逆變器并網(wǎng)模式下某一臺(tái)逆變器并網(wǎng)電流的表達(dá)式，從右邊的表達(dá)式可見并網(wǎng)電流實(shí)際上是受三個(gè)因素的影響，第一個(gè)因素是自身參考電流，第二個(gè)因素是其他逆變器參考電流，第三個(gè)因素是電網(wǎng)電壓。我們從逆變器的并網(wǎng)電流的圖可以發(fā)現(xiàn)無論其自身諧振還是并聯(lián)諧振，還是串聯(lián)諧振，其可變諧振風(fēng)也都會(huì)隨著逆變器臺(tái)數(shù)的增多向低頻偏移。對(duì)于低壓并網(wǎng)模式下的集群諧振，可以采用有源阻力方法來進(jìn)行主動(dòng)抑制，也可以采用有源濾波器里進(jìn)行被動(dòng)治理。此處給出了最常用的有源阻尼方法的實(shí)際物理意義，濾波電流比例反饋這種有源阻尼方法實(shí)際上可以通過等效平移的形式，它實(shí)際上等效于在濾波電容上面并聯(lián)了一個(gè)諧波虛擬阻抗。因此我們可以根據(jù)三維圖式法來直觀的選取參數(shù)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)集群諧振的最佳抑制效果。最后通過仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了三維圖式法對(duì)參數(shù)選取的有效性。
第三個(gè)小點(diǎn)就是直流微電網(wǎng)電壓波的問題及慣性增強(qiáng)問題，對(duì)于直流微電網(wǎng)而言，其能量供給平臺(tái)最突出的問題就是功率突變以及負(fù)荷的突變會(huì)引起直流母線電壓劇烈波動(dòng)，這樣會(huì)降低能量供給平臺(tái)的魯棒性能，為了增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力，我們可以采用慣性增強(qiáng)技術(shù)。對(duì)于交流微電網(wǎng)而言，其慣性增強(qiáng)技術(shù)可以采用虛擬同步機(jī)的技術(shù)，這個(gè)有很多文獻(xiàn)。對(duì)于直流微電網(wǎng)而言，我們可以采用虛擬慣性技術(shù)，此處給出了直流微電網(wǎng)的虛擬慣性控制原理圖，這個(gè)也不細(xì)說了，時(shí)間有限。最后通過仿真我們可以發(fā)現(xiàn)引入虛擬慣性控制后使得微電網(wǎng)的功率發(fā)生突變的情況下面其母性電壓變得平滑，功率波動(dòng)較小，電的質(zhì)量特點(diǎn)了提高。同樣我們通過實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)虛擬慣性控制方法能夠起到平抑直流母線電壓的波動(dòng)。
第四個(gè)大問題，新能源基地接入若干問題及對(duì)策。新能源基地直流外送接入電網(wǎng)有三大方面的挑戰(zhàn)，第一大方面的挑戰(zhàn)該是新能源基地的次/超同步振蕩以及換流法換相失敗。第三就是新能源基地長距離輸電與電網(wǎng)諧波交互的影響。我將著重對(duì)第三點(diǎn)進(jìn)行闡述，對(duì)于次/超同步振蕩，我不細(xì)說，它主要是把握一個(gè)科學(xué)問題，就是次/超同步振蕩產(chǎn)生與傳播機(jī)理，要把握一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題就是次/超同步振蕩的抑制技術(shù)，并且要上升到裝備級(jí)的研究。對(duì)于換相失敗我也不深入介紹，只講一下其原因以及對(duì)策。電網(wǎng)電壓的浮值降低和波形激變會(huì)引起換相失敗。對(duì)于第三個(gè)小點(diǎn)，新能源基地以光伏、風(fēng)電為代表的可再生能源，但并不是電站。其通過遠(yuǎn)距離的送出，其電能質(zhì)量會(huì)出現(xiàn)寬頻與振蕩問題，首先對(duì)于一個(gè)風(fēng)電場和光伏電站內(nèi)部而言其內(nèi)部有大量的電力電磁開關(guān)器件、分布式電源及發(fā)射的諧波具有高頻次、寬頻率特征，在這種高頻次、寬頻率特征背景下使得我的局部阻抗網(wǎng)絡(luò)必須要考慮以下幾個(gè)部分；一個(gè)部分就是我的分布式變壓器以及并網(wǎng)主變的雜散電流效應(yīng)，場內(nèi)35千伏中壓級(jí)電線路的分布式電容效應(yīng)，特別是高壓遠(yuǎn)距離傳輸線路的分布式參數(shù)效應(yīng)。這里給出了高壓架空線路的一個(gè)物理等效模型，這是一個(gè)很基礎(chǔ)的模型，我們只關(guān)心的是線路的端口，也就是受電流從一端口流入另一端口，流不出的話在傳播過程當(dāng)中是否會(huì)發(fā)生激變，這樣我們可以以分布式參數(shù)模型的均勻傳輸線動(dòng)力學(xué)方程可以建立起端口特性模型，可以將分布式電源視為一個(gè)電流源，在這樣一個(gè)簡化模型下面我們可以求出并入無窮大電網(wǎng)電流的表達(dá)形式，根據(jù)該表達(dá)式我們可以求出其電流原系數(shù)變電源系數(shù)傳函，整個(gè)傳電函數(shù)的扶貧響應(yīng)關(guān)于長度的三維展開圖。我們從三維展開圖可見，我們將所關(guān)注的線路長度延展至300公里，關(guān)注50次斜波頻率。我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)這樣的有意思的現(xiàn)象，隨著線路的延長，其諧振曲線將增多，并且其諧振點(diǎn)將向低頻偏移。為此我們以案例的形式來分析，對(duì)一個(gè)50兆伏的光伏電站通過330千伏遠(yuǎn)距離送出，我們考慮兩種光照工況條件下面其通過100公里、200公里、300公里330千伏傳輸線并入無窮大電網(wǎng)電流的斜波機(jī)變率，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在200公里的條件下面其并網(wǎng)電流的總斜波機(jī)變率會(huì)異常高。通過這個(gè)仿真可以推斷出一個(gè)事實(shí)，當(dāng)高壓傳輸線路在某一個(gè)特定長度下面會(huì)引起局部網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生特定呈低通道放大光伏電站或風(fēng)電廠的電流。對(duì)于寬頻率振蕩所引起的指標(biāo)問題可以采用混合式方式來因地制宜的設(shè)計(jì)并解決，此處給出了兩種不同工況條件下面投入前和投入后并網(wǎng)電流的總斜波機(jī)變率情況。
第五就是對(duì)歐力特公司最新研發(fā)的產(chǎn)品做一個(gè)介紹，首先是鉛炭電池，鉛炭電池是近年來發(fā)展的一種超級(jí)儲(chǔ)能電池有鉛酸電池和超級(jí)電容兩種技術(shù)有機(jī)融合，兼具高級(jí)電容循環(huán)設(shè)備廠、功率密度大以及能量密度大的優(yōu)點(diǎn)，擁有很好的充放電性能，運(yùn)行安全可靠且成本是鋰電池的三分之一。被認(rèn)為是未來一段時(shí)間內(nèi)最切實(shí)可行的儲(chǔ)能技術(shù)路線。鉛炭電池中加入了活性炭，所以說它相比鉛酸電池具有充電快、放電功率大、循環(huán)壽命長和性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。加入炭所產(chǎn)生的作用是什么呢？可以改善它的性能，同時(shí)它能夠使得在有電容的情況下面在42小時(shí)內(nèi)將完成充電進(jìn)一步得到了提高，特別是能提高限制機(jī)體的生長提高電池的循環(huán)性能，同時(shí)可以提高電池的循環(huán)使用，諸如此類優(yōu)點(diǎn)。此處給出產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，鉛炭電池循環(huán)性能是普通鉛酸電池的3.5-4倍，對(duì)于鉛炭電池主要的應(yīng)用領(lǐng)域是在混合式動(dòng)力汽車以及純電動(dòng)用車，另外也在新能源發(fā)電的儲(chǔ)能及大型移動(dòng)儲(chǔ)能電站以及發(fā)數(shù)配便點(diǎn)系統(tǒng)當(dāng)中也有很多應(yīng)用，特別值得一提的是在軍事上面也有一系列的應(yīng)用，包括緊急供電源以及戰(zhàn)車和武器混合電產(chǎn)能動(dòng)力系統(tǒng)以及炮彈的頂火裝置。
最后對(duì)公司開發(fā)的鋰電池產(chǎn)品做一個(gè)介紹。左邊的鋰電池特點(diǎn)是它的能量密度高、循環(huán)壽命長，并且沒有記憶效應(yīng)。特別值得一提的是磷酸亞鐵鋰這種電池的充電速度是相當(dāng)高的，使用額定電壓4.2V的橫流橫壓充電器常規(guī)的鋰電池需要在1.5-2.5個(gè)小時(shí)內(nèi)充滿，這是我們磷酸亞鐵鋰電池能夠在35分鐘之內(nèi)就能將電充滿。
最后我做一個(gè)總結(jié)。首先是對(duì)江蘇歐力特能源有限公司做了一個(gè)介紹，并且對(duì)推出的產(chǎn)品做了一個(gè)簡介。對(duì)本次匯報(bào)的主題當(dāng)中兩種電壓并網(wǎng)模式在低壓并網(wǎng)主要是講到了混合微電網(wǎng)的并網(wǎng)方式下面的電能質(zhì)量問題，另外對(duì)高壓并網(wǎng)接入方式下的電站以光伏和風(fēng)電廠為代表做了介紹，提出了它的抑制方法。在此，感謝各位。
（本文根據(jù)現(xiàn)場錄音整理，未經(jīng)本人審核）
