2021年10月17日-20日，2021北京國際風能大會暨展覽會（CWP 2021）在北京新國展隆重召開。作為全球風電行業(yè)年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內(nèi)外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京。
本屆大會以“碳中和——風電發(fā)展的新機遇”為主題，歷時四天，包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對話、創(chuàng)新劇場以及關于“國際成熟風電市場發(fā)展動態(tài)及投資機會”“國際新興風電市場發(fā)展動態(tài)及投資機會”“風電設備智能運維論壇”“碳達峰碳中和加速能源轉(zhuǎn)型”等不同主題的15個分論壇。能見App全程直播本次大會。
在19日下午召開的中小型風能設備行業(yè)發(fā)展研討會上，合肥為民電源有限公司總經(jīng)理張為民發(fā)表了《小型風力發(fā)電機組用并網(wǎng)控制逆變器及行業(yè)標準》的主題發(fā)言。
以下為發(fā)言全文：
張為民：各位領導、各位專家、各位同仁大家下午好，今天有幸給大家匯報，內(nèi)容是小型風力發(fā)展機組并網(wǎng)控制逆變轉(zhuǎn)其標準。隨著碳中和的推進，過去小風電主要在離網(wǎng)上面運行，極大的限制了他的應用和大力推廣，光伏也是隨著并網(wǎng)的發(fā)展，才有了大幅度上升的提高。隨著并網(wǎng)的推進，發(fā)展的趨勢也將是更好的發(fā)展階段。
簡單介紹一下我公司，成立于2005年，專注于小型風力發(fā)電控制器、逆變器。這個期間看到很多企業(yè)已經(jīng)改行了，我們依然堅持，堅持對小型風電控制器、逆變器以及解決方案，也參與國家標準，發(fā)明專利是使用信息實現(xiàn)，這是我們再次參與的一些國家標準，起草小型工業(yè)化的逆變器、發(fā)電機，還起草了離網(wǎng)逆變轉(zhuǎn)，并網(wǎng)控制逆變器正在起草，也希望跟大家一起合作。
通過互補系統(tǒng)，小型風力發(fā)電機組的發(fā)電機，這些標準修建我們基本上都在參與，我們也希望同行們一起來推動標準的發(fā)展，讓它更健全、更有助于我們行業(yè)的健康發(fā)展，避免我們行業(yè)進入了一個惡性競爭。我現(xiàn)在先介紹一下小型風電的應用場景，大家在做技術也知道，田埂地頭、甚至住宅附近都適用小型風電，大風電雖然現(xiàn)在度電成本很好，但是由于大風電對電網(wǎng)條件，以及道路安裝還有風資源各種場所的要求比較高。所以小風電有它自己的應用領域，所以大風機有大風機的架子，一定會有小風機自身的發(fā)展市場。
這個是我們控制逆變器的系統(tǒng)解決方案結構圖，前面是機組，中間是控制逆變器，控制逆變器、控制往大風機叫這個機側(cè)整流，機側(cè)變流，網(wǎng)線變流等細分，這四個部分集中在一起，在大風機的過程中，大風機可能還有變價控制器，機倉控制器，總控制器還有電流器，小風電為了簡化運行，便于安裝維護以及這個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)一致，就一體化運行。
現(xiàn)在市場有很多種的電器方案，有的是把整流電路和深壓電路還有前面控制放在一起，控制逆變是分離的，也有只有控制，變流另一部分組成都存在。也對這個行業(yè)的標準也就面臨著比較大的困難，為了對這個進行統(tǒng)一，把它打包成控制逆變器一體化，把整流在控制放到一起，不管怎么分，做整機的時候，把它打包到一起去做檢測做認證就可以了，這樣避免很多家產(chǎn)品的不統(tǒng)一，因為現(xiàn)在市場產(chǎn)品還有各種自己做控制器，拿光伏逆變器來做的，各種形狀都有，不排除大家各有各的想法和方案，但我們在做這個的時候，希望給大家做統(tǒng)一，也可以生產(chǎn)都行，但是制造的時候，把它放到一起去。
下面講一下風力發(fā)電機每個部分，風力發(fā)電在控制方面，無外乎四大部分，第一個叫切入控制，最大功率控制，再到額定風速點到7個風速之間的線速控制，以及國內(nèi)氣動控制，這個切入控制就比較簡單。如果切入過早，可能風力發(fā)電機就被拖住了，發(fā)不了電，如果切入過遲，就可能在這個階段下就會存在浪費。很多人會講發(fā)電機的摩擦以及轉(zhuǎn)移到量上去，跟蹤方法一般主流有幾種，大風機最佳尖速比方法，最佳尖速比是最通俗易懂，因為通過改變這個轉(zhuǎn)速，根據(jù)風速改變轉(zhuǎn)速，來達到最佳的最大功率跟蹤，這是最根本的，最直接的方法也是最準確的方法，但是這種方法在小風機上應用的不太現(xiàn)實。
增加風機成本，湍流比較嚴重，受到地面剪切的影響，風速很難測的準確，所以導致最佳尖速比很難去運行，而且中間還會涉及到很多檢測環(huán)節(jié)控制，對信號要求特別多。所以小風機目前很少采用，小風機向后面延伸，簡化一點就叫功率信號反饋法，功率信號反饋法它就是根據(jù)它轉(zhuǎn)述以及他功率的對應關系，來進行功率跟蹤，因為最佳尖速比方法對應的叫轉(zhuǎn)速跟它的風速，這個里面的轉(zhuǎn)速性和專業(yè)取下來，風速對應的是功率，所以說我們簡化運行上面就采用了轉(zhuǎn)速，對功率的這種跟蹤方法就省去了風速儀還有各種其他的檢測機構，相對比較簡化。最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制法，采取了轉(zhuǎn)速依然保留著，但是不采用功率了，因為小型風力發(fā)電機轉(zhuǎn)矩根據(jù)轉(zhuǎn)速二次方成定義的關系，所以根據(jù)這個轉(zhuǎn)矩控制法，也能簡化控制這種功率跟蹤。還有爬山法，爬山法在光伏中間應用的比較多，但是在小型風力發(fā)電中間，這個還比較難，因為它不穩(wěn)定，機組慣性導致剛爬上去，立刻狀態(tài)改變了。后面就是其他方法，現(xiàn)在實際產(chǎn)品中間可能都是采用更簡化的方法，比如說功率轉(zhuǎn)速對應轉(zhuǎn)矩的方法，但是我們現(xiàn)在很少轉(zhuǎn)矩。同時檢測轉(zhuǎn)這個位置、信號，然后才能嚴格稱之為轉(zhuǎn)矩，小風機怎么辦呢？
電流代替轉(zhuǎn)矩，有一定的這種相關性，但是也引用了很多的誤差，這個電流，因為發(fā)電機有功率因素，還有電流的非陣型化，就導致這個電流不能嚴格定義轉(zhuǎn)矩，還有很多機組的差異性，機組差異性同時隨著發(fā)電機時間使用，參數(shù)還會發(fā)生改變，就導致轉(zhuǎn)速對應電流的方法不太正確，現(xiàn)在還有采用電壓對應電流的，這就更簡單了，但是電壓跟轉(zhuǎn)速是不是一對一呢？大家都有關系，所以現(xiàn)在延伸出來的關系都有鏈條，但是每個鏈條中間都有很多的誤差，這些誤差環(huán)節(jié)都被我們忽略掉，認為它不存在，但現(xiàn)實中它都是存在的，它還有各種慣性，各種時間常數(shù)。
比如現(xiàn)在采用直流母線電壓和風機的電壓，就更避免很多的狀態(tài)，電壓不但與前面的轉(zhuǎn)速有關，而且與后面逆變器功率都有關，導致了跟蹤不在最佳狀態(tài)，因為小風機呈現(xiàn)的方式很難達到最佳狀態(tài)，所以有時候也不得已采用了折中控制方法。這就是我們目前最大功率跟蹤的一些措施和方法。第二個最大功率叫限速控制，限速控制解決的是額定風速以上的階段，過去小型風力發(fā)電是解決離網(wǎng)發(fā)電的問題，只解決有沒有電的問題，制訂額定風速以下發(fā)電就可以了，額定風速以上一般采用折尾的方式進行算術。但大型風電現(xiàn)在并網(wǎng)發(fā)電的，最后要求是供電成本，要求考慮風力的發(fā)電量，沒有發(fā)電量度電成本不可能降下來，當然度電成本還有整機成本可靠性都有關系，但是你沒有發(fā)電量度電成本肯定下不來。
限速控制分幾種，一是風力機獨立完成，二是控制器獨立完成，還有一種控制器控制風力機完成的，這個風力機獨立完成就是兩邊。第二個就是葉片失速，葉片失速就是通過葉片的設計在這種情況下失速，對葉片的振動機械的控制就很難把握。機械變槳，通過它的轉(zhuǎn)速離心錘的作用，來實現(xiàn)機械變槳，是獨立完成。還有一種控制器完成的，就是電磁失速，通過這種功率來控制它的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩大了以后，拖動發(fā)動機往下轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)速下降以后它就偏離了他最佳的物流角，導致葉片失速。電動變槳就大風機差不多的一種結構，有大風機控制器發(fā)的指令，對風力發(fā)電機進行變槳控制保證額定控制的運行，還有偏航，因為風速的變化太快，因為我們的偏航速度是很慢的，1分鐘只有幾轉(zhuǎn)的樣子，很容易引起叫偏航誤差，這個偏航誤差一旦發(fā)生，上面的這個速度，載荷不但沒有降下來，還會升上去，所以它有可能會導致更惡劣的工況發(fā)生，所以這種方案實際中不太好用。
最后講剎車，有氣動剎車、機械剎車、電磁剎車，機動剎車就是我們變角距，或者是消費電網(wǎng)模式，機械剎車就通過剎車盤來進行剎車，主要是有油壓、電動的、電磁剎就是通過電磁力矩來把它制動，但這個就是以發(fā)電機有一定的載荷，抗載荷能力，同時需要設計為前提的。
我們講講電流，電流主要完成兩部分，一個是整流，一個是升壓。整流就是交流整個，升壓就是把低壓的環(huán)境升上可并網(wǎng)的低壓，前面的整流一般要配上升壓電路，才能進行整流升壓，但對于全控整流自身具有升壓功能，所以不需要在額外增加升壓，全控整流它的好處就是電極電流噪音比較小，對噪音的控制以及基礎的振動還有效率都有一定的提升。但是它控制起來比較復雜，所以在小風電方面一般也很少使用。
并網(wǎng)逆變，一種是兩電平逆變，過去叫兩電平全橋逆變，加變壓器，為什么要加變壓器？就是為了完成施壓功能，還有一個就是逆變過程中，有共模電流，所以需要加變壓器來進行隔離，但是三電平逆變?nèi)齻€臺階，它的斜坡電流很小，導致共模電流比較小，現(xiàn)在大型光伏都是被采用3D或者單向采用結構就是這個原理，這是我們并網(wǎng)控制逆變器一體機前面也有單項也有三項，這是10千瓦后面是30千瓦的技術，還有我已經(jīng)畫出來了，還有各種帶儲能的。
我們的產(chǎn)品優(yōu)勢就是一體化，運行維護比較簡單，功能模塊兼容性比較好，其他的手動制動、和電子制動，因為并網(wǎng)階段效率比較重要，如果在這上面浪費5%的能量，給你整個機組造價會提升很多，所以為什么過去有時候大家基礎很難做起來，比方你買控制逆變器，準備這個價格，不關注性能指標，那給你性能指標比較差，導致整個系統(tǒng)效率相對比較低。
行業(yè)標準，大風電有很多標準，但是小風電并網(wǎng)逆變器的標準一直缺乏，大風電很多東西沒法套用，但是如果沒有標準又嚴重影響行業(yè)的正常發(fā)展，并網(wǎng)我希望通過標準來規(guī)范。你比如要求整流控制，還有逆變電能質(zhì)量，逆變功率控制，逆變運行適應性，啟停，電磁兼容性，安全與保護。
風機控制整流，四大階段加一個整流的切入控制，還有運行適應性，在電壓運行范圍能夠正常的發(fā)電。還有一個軟啟動，現(xiàn)在介入的技術比較少，電網(wǎng)用它的要求可能沒有，以后可能需要軟啟動，對電網(wǎng)的沖擊不能一下達到額定功率，一下又沒有了，這樣如果你大批量的技術并上去之后電網(wǎng)沖擊很大。以前我們說控制要平衡軟啟動，還有恢復并網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)電網(wǎng)以及前面風機的條件進行恢復并網(wǎng)自動開關機，還有其他性能效率穩(wěn)定性運行時間，噪音耐振動，指示遠程監(jiān)控，外觀與結構，防護等級，其他產(chǎn)品都很容易看到的東西。還有電磁兼容性，電磁兼容性過去我們接觸講少，但隨著后期大面積推電網(wǎng)給我們電池兼容性一定會提出更大的要求。
就匯報到這里，希望大家一起把這個標準做好，謝謝大家。
（根據(jù)演講速記整理，未經(jīng)演講人審核）
