中國儲能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國國際儲能大會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。大會共邀請140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國儲能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會最具價值的聲音。
大會期間，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)、電動汽車儲能、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)，此時最主要的電能質(zhì)量問題就是寬頻振蕩問題。對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，同時他們也存在著慣性缺失。對第一個小點，交流微電網(wǎng)內(nèi)部的環(huán)流問題我們怎么樣來解決？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)流的一個關(guān)系圖，這里由于時間所限我就不細(xì)講了。
對于環(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的同步。對于虛擬阻抗環(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波輸出電壓對參考指令信號的跟蹤效果，從而能夠降低環(huán)流。通過這三個過程，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)，虛擬阻抗包括實部分量跟虛部分量，通過對實部分量和虛部分量取值可以使得逆變器等效輸出阻抗實現(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)實部分量和虛部分量與激波環(huán)流的一個三維關(guān)系圖，通過該圖可以發(fā)現(xiàn)通過合理的實部和虛部取值能夠有效的降低之間的環(huán)流。對于第二個小點，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，對于集群諧振可以這樣做一個感性的分析，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。
對于集群諧振問題有一個非常有意思的現(xiàn)象，它就是并網(wǎng)點的電流的諧振風(fēng)將隨著逆變器并聯(lián)的臺數(shù)的增長而向低頻偏移。對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)行一個解釋，首先我們把認(rèn)為分布式發(fā)電這樣一個集群系統(tǒng)的多個電源通過規(guī)劃處理視為一個電源，然后以并網(wǎng)點為界將電路切開，左邊的電路我們進(jìn)行最基本的電路分析，將它等效成一個簡化模型，根據(jù)右下角的那個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低頻偏移進(jìn)行一個理論分析，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并聯(lián)逆變器并網(wǎng)模式下某一臺逆變器并網(wǎng)電流的表達(dá)式，從右邊的表達(dá)式可見并網(wǎng)電流實際上是受三個因素的影響，第一個因素是自身參考電流，第二個因素是其他逆變器參考電流，第三個因素是電網(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)也都會隨著逆變器臺數(shù)的增多向低頻偏移。對于低壓并網(wǎng)模式下的集群諧振，可以采用有源阻力方法來進(jìn)行主動抑制，也可以采用有源濾波器里進(jìn)行被動治理。此處給出了最常用的有源阻尼方法的實際物理意義，濾波電流比例反饋這種有源阻尼方法實際上可以通過等效平移的形式，它實際上等效于在濾波電容上面并聯(lián)了一個諧波虛擬阻抗。因此我們可以根據(jù)三維圖式法來直觀的選取參數(shù)，來實現(xiàn)對集群諧振的最佳抑制效果。最后通過仿真及實驗驗證了三維圖式法對參數(shù)選取的有效性。
第三個小點就是直流微電網(wǎng)電壓波的問題及慣性增強(qiáng)問題，對于直流微電網(wǎng)而言，其能量供給平臺最突出的問題就是功率突變以及負(fù)荷的突變會引起直流母線電壓劇烈波動，這樣會降低能量供給平臺的魯棒性能，為了增強(qiáng)整個系統(tǒng)的抗擾動能力，我們可以采用慣性增強(qiáng)技術(shù)。對于交流微電網(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)，這個有很多文獻(xiàn)。對于直流微電網(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，這個也不細(xì)說了，時間有限。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，功率波動較小，電的質(zhì)量特點了提高。同樣我們通過實驗也發(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。
第四個大問題，新能源基地接入若干問題及對策。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。我將著重對第三點進(jìn)行闡述，對于次/超同步振蕩，我不細(xì)說，它主要是把握一個科學(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的研究。對于換相失敗我也不深入介紹，只講一下其原因以及對策。電網(wǎng)電壓的浮值降低和波形激變會引起換相失敗。對于第三個小點，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)量會出現(xiàn)寬頻與振蕩問題，首先對于一個風(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部分；一個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物理等效模型，這是一個很基礎(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電流源，在這樣一個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。我們會發(fā)現(xiàn)一個這樣的有意思的現(xiàn)象，隨著線路的延長，其諧振曲線將增多，并且其諧振點將向低頻偏移。為此我們以案例的形式來分析，對一個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)變率會異常高。通過這個仿真可以推斷出一個事實，當(dāng)高壓傳輸線路在某一個特定長度下面會引起局部網(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。
第五就是對歐力特公司最新研發(fā)的產(chǎn)品做一個介紹，首先是鉛炭電池，鉛炭電池是近年來發(fā)展的一種超級儲能電池有鉛酸電池和超級電容兩種技術(shù)有機(jī)融合，兼具高級電容循環(huán)設(shè)備廠、功率密度大以及能量密度大的優(yōu)點，擁有很好的充放電性能，運行安全可靠且成本是鋰電池的三分之一。被認(rèn)為是未來一段時間內(nèi)最切實可行的儲能技術(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)壽命長和性價比高的優(yōu)點。加入炭所產(chǎn)生的作用是什么呢？可以改善它的性能，同時它能夠使得在有電容的情況下面在42小時內(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，同時可以提高電池的循環(huán)使用，諸如此類優(yōu)點。此處給出產(chǎn)品的優(yōu)勢，鉛炭電池循環(huán)性能是普通鉛酸電池的3.5-4倍，對于鉛炭電池主要的應(yīng)用領(lǐng)域是在混合式動力汽車以及純電動用車，另外也在新能源發(fā)電的儲能及大型移動儲能電站以及發(fā)數(shù)配便點系統(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)能動力系統(tǒng)以及炮彈的頂火裝置。
最后對公司開發(fā)的鋰電池產(chǎn)品做一個介紹。左邊的鋰電池特點是它的能量密度高、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個小時內(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。
最后我做一個總結(jié)。首先是對江蘇歐力特能源有限公司做了一個介紹，并且對推出的產(chǎn)品做了一個簡介。對本次匯報的主題當(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）
