风电扩大“朋友圈”，这项技术很关键
作者：岳媛
2021-12-08 09:08:34 来源：英大传媒网 浏览量：
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随着人们对“绿水青山就是金山银山”的认识不断加深，越来越多的人想要在生产生活中应用风电这样的“绿电”。不过，风电要成为我们的好朋友，可得经过不少考验。比如，风力越大，风电机组的输出功率通常越大，风电机组传动系统和塔架承受的力也会更大。
怎么帮助风电“找朋友”，走进千家万户？由中国电科院牵头的“网源友好型风电机组关键技术及规模化应用”项目，攻克了一系列难题，日前获国家科学技术进步奖二等奖。
·产学研协同 攻关“主动支撑电网”风电机组
近年来，我国风电发展迅猛，“大基地建设，特高压外送”的开发方式加速形成特有的高比例风电系统。
2018年左右，项目组提出了“网源友好型”风电机组概念。网源友好，即“主动支撑电网”，风电机组并网运行要对电网友好，在电网发生故障或扰动时能够主动支撑电网，具备故障穿越与惯量及一次调频等电网友好型功能，能够主动参与电网调节，支撑电网恢复。
因为风电机组是气动—机械—电气高度耦合的高阶非线性系统。复杂电网与电网主动支撑工况下，风电机组传动轴扭矩剧烈变化，桨叶角度频繁调整。网源友好型风电机组的关键技术能够对风电机组自身机械友好，即在主动支撑电网时不对机组产生额外载荷，影响机组的疲劳寿命，具备复杂电网与电网主动支撑工况下的载荷优化功能。
项目团队在国家科技支撑计划等项目支持下，产学研协同攻关，率先研发了具备主动支撑能力的网源友好型电流源型风电机组，攻克了网源友好型风电机组关键技术，实现了风电机组由“被动适应电网”到“主动支撑电网”的转型升级。
举例来说，我国特有新能源“大规模集中式开发、远距离高电压外送”的开发模型，面临高压直流短时故障暂态电压过程导致风电大规模脱网的难题。具体来说，直流换相失败或闭锁故障，会导致直流近区电网出现先低电压、后高电压的故障电压暂态过程。如果风电机组不具备连锁故障穿越和暂态支撑功能，会导致大面积风电脱网，进而引发连锁脱网事故。
项目团队为解决这一难题，发明了基于能量预测的风电机组虚拟惯量自适应控制方法的技术。不同于水/火电机组，风电机组虚拟惯量通过控制实现，其控制参数灵活可控，且直接影响系统频率响应的惯量及阻尼特性。可通过风电虚拟惯量优化控制改善系统频率响应特性，既有益于电网频率稳定又有利于机组转速稳定，且对特定电网的风电穿透率不敏感，具有较好的坚强性与实用性。
·应用成效显著，保障1亿千瓦风电稳定运行
张北风电试验基地
多年来，在各地开展的网源友好型试验中，项目支撑西北电网开展了西北电网新能源快速频率响应改造及试验，支撑东北电网开展了风电网源协调耐频耐压和调频调压技术改造与试验，提升了风电机组网源友好型主动支撑并网性能，保障了高比例风电系统的安全稳定运行。
项目成果突破了制约高比例风电安全稳定运行的电网友好型主动支撑技术，提升了高比例风电系统安全稳定水平，保障了约1亿千瓦风电（相当于1000余个风电场）的安全稳定运行（根据2020年数据）。近3年节约标准煤约400万吨，减排二氧化碳约1048万吨，对促进我国经济发展方式转变和我国能源供给安全具有重要的战略意义，有助于我国风电产业升级、低碳绿色发展。
解决了难题，风电“找朋友”还走出了国门。
项目成果广泛应用于我国主流风电产品制造商，推动了风电高端装备制造业技术进步和产业升级。应用项目核心技术的风电机组出口至美国、德国、澳大利亚等30余个国家，性能指标满足美国、澳大利亚并网导则严苛要求，打破了国外风电巨头对国际风电控制技术与市场的长期垄断，与世界各国在风电机组技术领域共同发展和进步，有力提升我国风电产业的国际竞争力与影响力。
在“30?60”双碳目标与构建以新能源为主体的新型电力系统的时代背景下，风电机组要成为主力电源，应该具备主动建立电压，并维持频率电压稳定的能力。“后续，项目团队还将深入研究风电机组与直流侧储能相融合的电压源自同步控制技术研究，提升风电机组主动构建电网的能力，为以新能源为主体的新型电力系统提供助力电源支撑。”中国电科院新能源并网特性评价室主任李少林说。
首次海上风电船载试验
陆上风电机组并网试验
风力发电机组故障穿越问题
是指当电力系统事故或扰动引起并网点电压或频率超出标准允许的正常运行范围时，在一定的电压或频率范围及其持续时间间隔之内，风电机组能够按照标准要求保证不脱网连续运行，且平稳过渡到正常运行状态的一种能力。风电机组需要具备一定能力穿越故障，即风力发电机组故障穿越。
感谢：李少林 杨亚迪
责任编辑 | 岳媛
怎么帮助风电“找朋友”，走进千家万户？由中国电科院牵头的“网源友好型风电机组关键技术及规模化应用”项目，攻克了一系列难题，日前获国家科学技术进步奖二等奖。
·产学研协同 攻关“主动支撑电网”风电机组近年来，我国风电发展迅猛，“大基地建设，特高压外送”的开发方式加速形成特有的高比例风电系统。
2018年左右，项目组提出了“网源友好型”风电机组概念。网源友好，即“主动支撑电网”，风电机组并网运行要对电网友好，在电网发生故障或扰动时能够主动支撑电网，具备故障穿越与惯量及一次调频等电网友好型功能，能够主动参与电网调节，支撑电网恢复。
因为风电机组是气动—机械—电气高度耦合的高阶非线性系统。复杂电网与电网主动支撑工况下，风电机组传动轴扭矩剧烈变化，桨叶角度频繁调整。网源友好型风电机组的关键技术能够对风电机组自身机械友好，即在主动支撑电网时不对机组产生额外载荷，影响机组的疲劳寿命，具备复杂电网与电网主动支撑工况下的载荷优化功能。
项目团队在国家科技支撑计划等项目支持下，产学研协同攻关，率先研发了具备主动支撑能力的网源友好型电流源型风电机组，攻克了网源友好型风电机组关键技术，实现了风电机组由“被动适应电网”到“主动支撑电网”的转型升级。
举例来说，我国特有新能源“大规模集中式开发、远距离高电压外送”的开发模型，面临高压直流短时故障暂态电压过程导致风电大规模脱网的难题。具体来说，直流换相失败或闭锁故障，会导致直流近区电网出现先低电压、后高电压的故障电压暂态过程。如果风电机组不具备连锁故障穿越和暂态支撑功能，会导致大面积风电脱网，进而引发连锁脱网事故。项目团队为解决这一难题，发明了基于能量预测的风电机组虚拟惯量自适应控制方法的技术。不同于水/火电机组，风电机组虚拟惯量通过控制实现，其控制参数灵活可控，且直接影响系统频率响应的惯量及阻尼特性。可通过风电虚拟惯量优化控制改善系统频率响应特性，既有益于电网频率稳定又有利于机组转速稳定，且对特定电网的风电穿透率不敏感，具有较好的坚强性与实用性。
·应用成效显著，保障1亿千瓦风电稳定运行
张北风电试验基地多年来，在各地开展的网源友好型试验中，项目支撑西北电网开展了西北电网新能源快速频率响应改造及试验，支撑东北电网开展了风电网源协调耐频耐压和调频调压技术改造与试验，提升了风电机组网源友好型主动支撑并网性能，保障了高比例风电系统的安全稳定运行。
项目成果突破了制约高比例风电安全稳定运行的电网友好型主动支撑技术，提升了高比例风电系统安全稳定水平，保障了约1亿千瓦风电（相当于1000余个风电场）的安全稳定运行（根据2020年数据）。近3年节约标准煤约400万吨，减排二氧化碳约1048万吨，对促进我国经济发展方式转变和我国能源供给安全具有重要的战略意义，有助于我国风电产业升级、低碳绿色发展。
解决了难题，风电“找朋友”还走出了国门。
项目成果广泛应用于我国主流风电产品制造商，推动了风电高端装备制造业技术进步和产业升级。应用项目核心技术的风电机组出口至美国、德国、澳大利亚等30余个国家，性能指标满足美国、澳大利亚并网导则严苛要求，打破了国外风电巨头对国际风电控制技术与市场的长期垄断，与世界各国在风电机组技术领域共同发展和进步，有力提升我国风电产业的国际竞争力与影响力。
在“30?60”双碳目标与构建以新能源为主体的新型电力系统的时代背景下，风电机组要成为主力电源，应该具备主动建立电压，并维持频率电压稳定的能力。“后续，项目团队还将深入研究风电机组与直流侧储能相融合的电压源自同步控制技术研究，提升风电机组主动构建电网的能力，为以新能源为主体的新型电力系统提供助力电源支撑。”中国电科院新能源并网特性评价室主任李少林说。
首次海上风电船载试验
陆上风电机组并网试验风力发电机组故障穿越问题
是指当电力系统事故或扰动引起并网点电压或频率超出标准允许的正常运行范围时，在一定的电压或频率范围及其持续时间间隔之内，风电机组能够按照标准要求保证不脱网连续运行，且平稳过渡到正常运行状态的一种能力。风电机组需要具备一定能力穿越故障，即风力发电机组故障穿越。
感谢：李少林 杨亚迪
责任编辑 | 岳媛
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