2023年10月16日-19日，2023北京國際風能大會暨展覽會（CWP2023）在北京如約召開。作為全球風電行業年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數千名國內外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京，聚焦中國能源革命的未來。

本屆大會以“構筑全球穩定供應鏈 共建能源轉型新未來”為主題，將歷時四天，包括開幕式、主旨發言、高峰對話、創新劇場以及關于“全球風電產業布局及供應鏈安全”“雙碳時代下的風電技術發展前景”“國際風電市場發展動態及投資機會”“風電機組可靠性論壇”等不同主題的21個分論壇。能見APP全程直播本次大會。

在10月18日上午舉辦的風電機組可靠性論壇上，國能日新科技股份有限公司功率控制產品線經理盛潔發表了題為《風電并網控制技術與調頻可靠性探討》的主題演講。

以下為發言全文：

各位同仁朋友們，大家中午好，我是國能日新控制產品線經理盛杰，很榮幸能夠在這里給大家分享一下風電并網的控制技術。國能日新主要是做軟件系統類的，所以主要分享一下風電場并網控制技術和調頻相關的一些技術。

我先介紹一下大規模風電并網的帶來的一些穩定控制問題。新型電力系統主要特點是隨著大量的電力電子變流器的介入，有大容量的直流輸電和異步并網的問題。體現在電源側，就是變流式電源的持續增長。截止到今年6月底，我國可再生能源的裝機容量達到13.2億千瓦，歷史性的超過煤電，約占全國總裝機的48.8%。體現在電網側，就是我們特高壓的柔性傳輸技術。體現用戶側就是分布式發電導致的一個配網有源化，還有我們直流配網和微網技術的蓬勃發展。

相比于同步發電機主導的傳統的電力系統，我們新型的電力系統現在主要面臨的就是低慣量、低阻尼和弱電壓支撐這些問題，導致電壓和頻率問題凸顯。具體到大規模風電接入對系統的頻率電壓的調節能力的影響有哪些呢？我們總結風電場對頻率的影響可能有4點。

一個是我們風電場的輸出功率，它受制于風能的隨機性和波動性的影響；第二個就是我們風電機組它是通過電力電子變流器來并網的，所以它實現了有功和頻率的一個結果控制。不像我們傳統的同步機，它是頻率和有功是成一個下垂曲線的，所以風電機組是難以向電網提供相應一個轉動慣量；第三就是我們風電它采用的是電流源的一個控制策略并網，所以它向電網注入的是固定的有功功率和無功功率，是不會主動去參與電網的頻率調節；第四個就是我們風電典型的一個反調風特性，它可能夜里2:00~4:00左右，尤其是西北的陸上風，就是夜間處理的峰值與我們的負荷是完全相反的。所以會造成電網的靈活調節資源不足，就進一步破壞了我們電力系統的頻率的穩定，這些是對頻率的影響。

電壓在我們大規模風電并網后，系統潮流發生一些變化。具體體現在我們各個節點，等同于有功輸出為正，無功輸出為負的負荷。所以我們風電場向系統輸送有功的同時，我們也大量消耗著系統的無功。但是我們的有功它又受風力的影響會波動，所以我們對系統無功的這個需求也會波動，這個就造成了大規模風電并網的這種區域附近，它的電壓波動是異常頻繁的，所以就是我們風電并網，其實它的電壓是更難控的。尤其是像一些海上風電，它都是網架結構非常復雜，就涉及到像5級聯調等等。

我們這次的主題主要是頻率，所以我們接下來還是主要講對頻率的影響和我們的相關調節的技術。我們總結了一下風電并網對系統頻率穩定的主要影響的因素有以下6點：

一個就是我們系統的開機方式。我們系統的開機方式，它會決定我們系統的慣性和旋轉備用的容量。慣性和旋轉備用容量越大，那么風電場如果受電網頻率的故障影響，我們退出運行的時候，我們補償系統的有功缺額的速度就會越快，所以對電力系統的頻率的沖擊就會越小；

第二個就是我們電力系統的一次調頻的作用；第三個就是我們故障元件，故障的元件，它離我們的風電場并網的節點越近，它的故障造成的我們風電場的低電壓保護動作，而退出運行的可能性就會越大。而且它的電壓跌落就會越嚴重，所以也會影響頻率的下降；第四個就是一個故障的嚴重程度。如果我們風電場在的電網它的故障嚴重級別越高，引起風電場跳機的現象就會越嚴重，所以對系統頻率的影響也會越大；第五個就是我們風電功率的波動。如果風電場所在的區域它的風資源非常不穩定，那么它的有功波動就會非常大，非常難控制。所以如果這個頻率調節性能不好，它對系統頻率的影響也會非常大；最后就是我們風電機組的一個動態性能，就是我們俗稱的低電壓穿越能力。低電壓穿越能力越強，那么電網故障的時候，我們風機跳閘的可能性就越低，那對系統頻率的影響就會越小，反之就會影響就越大，這些是我們風電并網對系統頻率的一些影響因素。

所以既然有這么多的影響，那么該怎么去調節呢？就是電力系統它對這個系統頻率的穩定調節是有一些輔助服務的。具體的它針對不同的時間尺度就分為一次調頻、二次調頻和三次調頻。就如我們 PPT右上的圖，大家可以看到這三次調頻它對于電力系統來說是形成了一個完整的閉環控制，是從不同的時間尺度上來的。

針對于風電并網，我們這個時間尺度該怎么劃分呢？我總結了如左上的這么一個圖，可以看到我們0~10秒之間，這是一個我們叫慣量響應的環節。10秒到30秒之間是我們的一個一次調頻環節，30秒以后到分鐘級是我們的二次調頻環節。也是我們風電廠大家俗稱的叫AGC就是自動發電控制子站，是這么一個數據服務的功能。剛剛講完這些功能，那么具體怎么調呢？我們接下來分享一下風電場的一些調頻的技術。

首先是一次調頻和慣量響應的一個原理。我們風電場參與系統的調頻它的有功來源大概可以分為兩個部分，一個是我們風機的葉片它所存儲的一個旋轉動能。就雖然我們風機它是通過電力電子變速器來進入電網的，但實際上它還是有原動機的部分的，就是我們的葉片它還是能存儲一定的旋轉動能的。第二個就是我們風電主動減載的一個功率的備用。

所以這兩部分我們將頻率相關的一個控制環節引入到我們風電機組的有功控制，我們就得到了這么一個公式。我們公式等號的左邊德爾塔P就是我們為了調節頻率而所要調節的有功，式子右半部分的第一部分就是我們的一個叫虛擬慣量的響應環節，就是我們前面所說的慣量響應的環節。它是為了使風電風機具有和同步發電機相似的一個慣量效應，在風機的有功控制的部分，我們引入的是一個頻率變化率相關的一個有供參考的信號，也就是DF比例T。

虛擬慣量控制它主要是用于抑制系統中由于負荷擾動引起的頻率的一個快速的變化。在頻率變化的時候，我們轉子也就我們三葉中蘊含的旋轉動能，它與電磁功率相互轉換，來進行系統的調頻，維持頻率的穩定。在轉速變化后，我們轉子的動能它就失去了一個調節能力，所以這個時間不會撐得很長，一般就不超過6秒。

式子的第二部分是我們叫一次調頻環節，也就是我們通常所說的下垂控制環節。下垂控制的原理，它是為了模擬同步發電機的一個一次調頻的公平特性曲線，所以我們引入的是一個頻率偏差的信號，就是德爾塔f。當這個頻率變化的時候，我們是能夠在頻率的最低點進行一個非常強的支撐，所以它的支撐的速度是沒有虛擬關聯環節快的，但是時間會更久一點，這個是一次調頻慣量響應大概的一個原理。

這個是我們當前的國標對應我們一次風電場一次調頻性能的一些要求。它功能的要求就是當風電場有功高于20%的額定有功功率的時候，依次調頻控制應能實現風電場的一個有功的連續平滑調節。它的響應之后時間也就是從頻率變化到我們的有功功率，明顯的朝著我們需要調節方向去變化，所花的時間叫響應之后時間應該不大于兩秒。響應時間也就是我調節到我需調量的90%所花的時間是要不超過9秒，我們的調節時間也就是從頻率變化到我的有功調節，到我所需要調節的這個值的精度范圍內，就1%的額定有功功率的精度范圍內所花的時間，并且沒有在波動出去所花的時間是要不大于15秒。我們的精度是正負1%的額定裝機容量，就這個圖可能有點錯，這個圖是一個老的，他寫的是2%，實際現在是1%。我們的頻率采集的采樣周期要不大于100毫秒，頻率分辨率要不大于0.003赫茲，同時控制周期要不大于一秒。

我們要能夠躲過就是單一短路故障引起的損失的頻率突變，也就是當電力系統發生大于短路故障的時候，我們的一次調頻要退出，不應該動作。其次就是系統的一次調頻應該與風電場的AGC功能來相互的去協調控制，因為他們控制的都是有功功率。但至于怎么去協調，國標就沒有做要求了，每個省份它根據自己的情況會有一些要求。例如說是正向疊加、反向閉鎖，還是正反向都閉鎖，還是正反向都疊加，每個省份會有區別，這個是國標對一次調頻的一個要求。

但是現在是沒有國標對慣量響應功能的功能和性能去作出要求的，只有一個國標它是提了一句有慣量響應功能的風電場，它的慣量響應功能也應該是與一次調頻功能去協調配合的，只有這么一句話。至于怎么去協調配合，現在有一些省份，像安徽、山東，還有云南等等省份，現在風電場都是在做慣量響應的功能。所以每個省份它怎么配合的，他們會有自己一些實驗性質的要求，因為現在都是在嘗試看到底怎么控好。

就為什么咱們慣量響應是沒有要求的，因為慣量響應我們前面說了，它的原理還是我們的風機的扇葉所儲存的一個旋轉動能去做的響應，所以這個功能一般都是在我們風機的主控系統里面實現的。而我們的一次調頻它主要是全場的一個從一次調頻系統去實現的，所以它是兩個系統。兩個系統之間不同的時間尺度，它是怎么配合，就是很有難度的。這個跟我們光伏是完全不一樣的，光伏它是光大效應，它是完全沒有轉子，也就是沒有原動機。所以我們的光伏它的慣量響應和一次調頻都是由快速平均響應系統整體去實現的，所以這個實現起來配合起來難度就比較低。

這個就是為什么我們當前沒有國標對慣量的一個要求，這個是我們當前的一個國標，也就是風電場功率控制系統調度功能技術要求，這個國標對我們AGC的一個性能的要求，主要是一個控制精度是要小于2%的一個額定裝機容量，這個是比一次調頻的要求低的，一次調頻的要求是1%。第二個就是我們的響應速率是要每20秒能夠調節20%的一個額定裝機，要達到這個速率。這個也是遠遠低于現在部分省份要求的慣量響應的一個速率，慣量響應有些省份要求大概是一秒能夠調節10%的一個額定裝機容量，就非常難達到。

所以大家也看到了我們現在的一些國標對于調頻的性能要求是非常高的，我們常規的風電場它在參與調頻和調壓的時候是很困難的，很難達到一些技術要求，這個也是咱們部分風機廠家很頭疼的一件事情。所以一般推薦采用的就是風儲聯合的一個控制方式，因為我們儲能電站它通過PCS來調節，它是一個四象限運行的，所以它的調節速率和調節精度都是要優于風電的。并且就是風電它受風資源的波動的影響，有時候負荷可能可以下調，但是難以上調，但是有了頻率，就是有了這個儲能參與調節就解決了這個問題。

同時我們這個儲能參與調壓，它也是能夠實現一個動態無功的置換。就是我們能把SVG這種用于儲備，就電網應用于應對電網的一些展開事件，這些設備它的無功給置換出去，讓它能夠在電網能發生事件的時候，我們的SVG這些功能這些裝置它是具備一個無功調節能力的。整體的風儲聯合的控制，它也能提升整個場站的一個經濟效益，因為它會降低我們由于調頻和調壓帶來的一些考核。

然后我再介紹一下我們國內能日新的一個場站的功率控制系統，就簡單的介紹一下。我們的功率控制系統主要是接收電網調度的中心的一些有功電壓指令，然后我們主要是來傳給風機的能管系統，就是我們的風機EMS，由他們來控制有功和無功。當這個頻率和電壓越線的時候，我們也會主動的去調節有功無功來響應電網的頻率和電壓的變化。整個的控制系統它采用的是一個主動預防性的一個控制，就是我們會結合當前的一些理論功率，以及我未來的一些電壓和電壓的一些變化等等，我們來預防性的進行有功和無功的這么一個控制，并且我們結合了一些人工智能的算法。所以在控制策略上，包括線損的一些工具上就是更精準。

場站功率控制系統它一般都是采用一個集中主屏的方式，一般具備的就是我們列的這些功能，它一般都是靈活可拓展的。像國能日新的功率控制系統，它是最多能支持100個風機能管平臺的同時的介入和控制。同時我們采用的是工業級的控制器，它是具有IP65的防護等級，而且我們的電磁兼容一般都是要過4級的，系統的可用率是要能達到99.9%以上，這個是我們控制系統的。就是我們是在電力安全一區，所以我們采用的都是CS的架構。我們的這個界面它是可以靈活拓普的，可以各種拖拽，并且能實現一鍵去切換風格，像當前看見的是一個藍色系，我們還有深色系、淺色系等等，就是非常人性化的。

這個是我們風電場的調頻系統的大概的一個托普圖，我們的控制對象主要就是風機的能管系統，也可能是直控風機，也可能是直控我們單臺風機。再一個我們控制 PCS系統，就是有自備儲能電站的這種風電場，我們也是要控制儲能的。還有SVG，這個是用于調壓的。同時我們通過遠動系統和PMU裝置和遠動裝置來實現跟調度系統和scholar系統的一個數據交互，它是能實現一些遠程的主動一些，叫主動控制。

那我們來如何解決系統的穩定性的問題，我們采用的是一個基于硬件冗余和內存同步的一個容錯系統。所以我們的內存數據和硬盤數據它是能完全同步的，不像我們現在主流的一些冗余軟件，它實際上只是硬盤數據同步。所以就是當一個機器上運行的設備，運行的一些功能出現問題的時候，它是整個切換到另一臺機器上是重新去運行，但是我們的這個采用的是內存數據也完全同步。所以我們從客戶的視覺它其實是只有一臺服務器的，完全是一個無感的切換。并且很多部分的服務它是一直兩邊都在跑著的，就不需要一個時間差。

這種方式它是可以應用于我們的一個首先是雙機熱備要求的一個高可用的容錯，其次它在接入調度數據網的一個雙平面和雙主，就調度它一般分為雙主雙平面，這個也是調度數據網為了信息安全做的一個保障。我們這種架構它是可以支持介入這種調度數據網的雙主雙平面的，就是調度他想用哪根通道跟我們連，他就可以自己去選擇，我們是都支持的。

同時我們的場站就風電場的它的控制系統是部署在電力的安全一區，就是我們的生產控制大區。生產控制大區對于二次安防的要求和信息安全的要求是非常高的，我們也滿足二次安防所有的一個要求，并且我們提供的是全面化的全面的自主可控的軟硬件的國產化解決方案，就整個軟件和硬件全部都是支持，都有一主兩備的國產化的一個解決方案。

再簡單介紹一下我們公司，我們是成立于2008年，然后2022年4月份是在創業板上市。我們服務的新能源的市場規模達到了260g瓦以上，同時也在一帶一路的就是國外布局，在很多國家做了非常多的項目，大概服務達到了3.67瓦以上的海外的風電場和光伏電站等新能源電站。

我們公司的業務大概是可以總結為源網荷儲4個層面的。首先在電源側，我們有功率預測系統、并網控制系統、電力交易、氣象預警和智慧運維等等。就我們功率預測系統它市場占有率是非常高的，現在很多場站的PK都是第一名。并且這個功率預測系統它也是可以提供全省資源的一個預警，全省氣象預警，還有像風機浮冰等等的這種預警，也是可以給我們這些風機廠家的安全控制帶來一些好處的。

然后網測我們主要是提供省地調的一個功率預測系統，還有分布式的群控群調系統，分布式的承載力評估，還有新能源消納管理等等。在負荷側我們有微電網和虛擬電廠等業務，在儲能側我們提供一個風光儲一體化的控制。我的分享完了，感謝大家。

（根據演講速記整理，未經演講人審核）