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风电机组智控系统及孤岛穿越技术 赵家欣/系统部经理

上传日期:2016-11-18  播放次数:934
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  以下是大会演讲内容(现场笔录):
大家上午好,我是赵家欣,来自天津瑞能电气,这个题目大家应该不陌生。随着技术的发展,现在友好型智控系统有没有一个深入的发展,在这里我想跟大家做一个探讨。
瑞能电气认为友好型电气是具备多重穿越,稳网技术的这种技术,今天先说一下多重穿越的技术。我们今天主要探讨一下低穿和孤岛运行的概念。首先说风电场的孤岛是不是一个普遍的现象?我在这里跟大家分析一下,孤岛是指线路发生故障时,风电被电网隔离形成局部电力影响。
总体分析一下,孤岛产生的现象就像这个图一样,首先是雷击,还有大风碰线、枝叶冰晶跌落等引发的瞬时故障。
首先有两个问题,首先是风场被保护的时候,风电场被隔离后,风电机组应该是怎样的动作。第二是被电网隔离后,风机是否还应该发挥无功功率及有功功率。
在这里我给大家说一下低穿跟孤穿的区别,低穿是有一个能量泄放。我说这些是不是空穴来风,我给大家举一两个现实的例子,具体哪个风场不便于透露,在这种没有传导的情况下,我们发无功或者有功的时候,整体是抬升的,恶化的时候会造成部分器件的一个损毁。
在这里总结一下孤岛与低穿的必要性,首先是部分电网把风场当做负荷处理,就在于负荷出现电压的时候第一时间把电压切除。第二是电网未被切除的时候可以按照标准进行低穿。当然如果没有损坏,因为大家如果有做孤岛研究的话会发现如果发的功率比较小,这时候风场会长期停留在孤岛下进行一个长期的运行,这也会出现一个问题,就是说这个时候我的2.5s的自动触发达是没法儿合上的,因为这边是有电压的,如果长期合不上就会发现有问题,会责令整改,引起一系列的损失,这是孤岛穿越和低穿的必要性。
再说一下孤岛穿越技术,具体有几个方面,第一个是孤岛检测,就是为了快速检测出电网断,第二步是孤岛穿越,检测到孤岛信号之后需要有相应的处理机制应对电网断线,2s内将公共连接点 点压降到30%以下。
在研究的过程中会有很多的技术难点,首先是检测速度,因为如果检测的非常慢是完不成孤岛穿越的,二是集群检测一致性,三是高低分孤穿的识别,四是穿越过程对电网友好。
提出解决方案是这样的,首先是基于整体系统模型来完成的孤岛检测,我们如果做研究的话会发现很多专业上是基于这种并联模型进行分析的,但是并联模型是从电网体系提出的,但是实际上风机的电控更加贴合的是串联模型。第二是根据电压频率的关系,提出新功率,电流不匹配的方程。第三是完善正反馈激励法的孤岛检测的参数,提高检测稳定性、快速性,第四是建立渐变方程,穿越高穿、低穿、孤穿、正常四模式间平滑过渡。第五是优化系统参数后,正反馈方式的孤岛检测时间100ms,第六是在新不匹配方程下,集群检测精度360ms。
第二说一下智控系统的背景,风电应该是向海上发展,海上是应用环境的发展,技术出现在这四个方面,大型化、高可靠性、高控制性能、易免维护。在实现这些问题的时候有没有一些引发的问题,运行物理工况增多,同样控制性能要求提高,另外不稳定可能性会大幅增加。这提出了一个概念就是我们必须提出智控系统去解决这一系列的问题。
智控系统定义是什么样的?不同厂家有不同的观点,智控系统是具备感知能力、适应能力、进化能力。感知能力就是快速识别自身及外部工况变化。适应能力是系统适用于多物理工况,并迅速平滑过渡与不同控制模式之间,进化能力是系统具备先验数据分析能力,快速完成控制模式。
举两个具体的案例,这个是双馈风机的结构,根据不同的厂家差不多是这样一个数量,5-7个电压传感器,6-12个电流传感器,1个位置传感器。作为电控系统的“眼睛”传感器至关重要,传感器需配合调理电路形成信号采集支路,信号采集支路易损、易老化。
常规方案在可靠性要求较高的场合,对检测支路采用需2备3,需1备2的备用方式,减少因采集支路故障引起的系统崩溃。但是成本高、无法摆脱易损、易老化特质,检测精度有限,受空间及位置限制,不易安装,某些变量不易检测获得。
这是一个友好型智控系统解决方案,它的好处就是说在不增加备用时,当传感器故障可积大提升可靠性,我们还是建议增加备用。二是建立完善的全息投影,极大提升系统感知能力,另外是建立完善评价体系,实现平滑的过渡,具有极强的适应能力。这里举了一个编码器故障,发现故障前故障后几乎没有什么变化,电流、电压,主要是电流,电流的观测其实跟编码器的观测的方法差不多。
第二个例子是特定谐波消去,主要是电网常见的5、7、11、13次谐波及低于基频的次谐波,影响系统输出电能质量,若采用双馈机型,还会引起电机转距波动,增大齿轮箱疲劳损害。这是一个模型,在发现没有谐波消距的时候这是某个风场,常规的消波方法我相信大家一定会清楚,比如说谐振控制、重复控制,但是会遇到一些问题,首先是消谐模块切入切除易引发系统震荡,第二是消谐模块运行期间影响系统动态性能,第三是若参数设计不合理,因为所有这些东西加了一层控制技术就要涉及更多的参数,如果用事后的方法只能保证某个风机在某个工况下没有问题,所以如果参数设计不合理的话还不如不加,会在某些严峻工况下诱发系统失稳,造成严重后果。
这是我们开发的友好型智控系统的解决方案,首先是对参数自动调节控制参数,使系统具备一定的进化能力,可实现动静态性能最优输出。其次是消谐模块与主控制完全解耦,切入/切除无震荡现象。另外整体是基于系统整体建模的完成,这样可以在全工况、全频域段分析稳定边界,100%避免失问题。最后是在电网谐波含量较低时,消谐模块自动退化,实现系统动态性能的运用。这是实验数据,可以发现谐波的程度可以达到90%。
最后给大家做一个总结,这里我们从新定义了一个概念,首先是友好型风机,我们认为是具备多重穿越、多重稳网能力的风电机组。智控系统是具备感知能力、适应能力、进化能力的控制系统。友好型智控系统是不是一个高深的技术呢?我感觉不是,我觉得在做技术里面没有什么是我们真的实现不了的,我们觉得友好型机组其实就是注重细节的匠心设计,我们在设计中把好每一关。总体来说我们是用20%的精力完成80%的工作,实现产品从无到有的研发,还需用80%的精力完成20%的工作,实现技术从有到精的突破,在这里我与在座的各位共勉。
 
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