河北新技术:零电压穿越突破风电并网瓶颈
风力发电,因风而或有不稳;但风电并网,却要求在不稳定中寻求稳定。
当电网出现故障,即便是电网电压跌落至零,风电机组也不能脱网“罢工”,需要坚持200毫秒不间断并网———这就是“零电压穿越”技术,这是目前国内单机功率最大的风力发电机组,代表了我国大型风力发电机组制造技术的最高水平。
“低电压穿越和零电压穿越是风电设备的核心技术,是决定风电机组能否安全并网的关键指标。”
瓶颈
80%的风力发电机组无法实现低电压穿越,难以满足风电并网的技术要求
风力发电是技术较成熟、最具商业潜力的新能源之一。目前我国已进入大规模开发利用阶段,到2010年底超过美国成为世界第一大风电装机大国。
什么是低电压穿越?业内人士如此比喻:这就好比在电网这条高速公路上,行驶中的风电遇到公路流量大幅波动或路障时,不是选择迅速靠边停车,引起交通混乱,而是开辟一个窄的通道,以保障公路有效通行。目前国内风电整机制造企业多达70余家,但是关键核心技术仍掌握在少数外国公司手中,国内自主研发相对滞后。
突破
并网电压跌落到零时,风机设备能坚持200毫秒不脱网
“这就是电器控制柜,它是风电机组的控制系统,相当于人的‘大脑’。”“控制系统具备零电压穿越能力,可以使机组具有良好的电网适应性。在并网电压跌落到零时,风机设备能坚持200毫秒不脱网。”
200毫秒能干什么?甚至来不及眨一下眼,时间短到几乎可以忽略不计。然而,“这可是‘救命’的200毫秒,是世界上对风电机组最严苛的要求。”
从2009年在行业内首先提出“电网友好型风力发电机组”概念并进入自主研发阶段,在基本没有任何技术参照的情况下,两年多时间里,重点实验室通过成百上千次实验进行摸索,先后完成包括控制系统响应时间、控制策略、整体可靠性等多项风电接纳能力及运行规律研究报告。零电压穿越状态启动后,由UPS电源供电,由变流器的发电机转子控制单元向电网发送无功补偿;在电网电压返回到正常工作电压之后,零电压穿越模式会关闭,风力发电机的有功功率增加到设定值。
机遇
国产风机具备国际标准,拿到进入欧美国家准入证
零电压穿越技术的突破,不仅为国内风机并网提供技术支撑,还为国产风机设备出口打开一扇大门。
从国外风机技术发展趋势来看,一般来说,综合风机制造、运输、吊装和基础等因素单机容量越大,风机单位千瓦的造价就越低。基于经济效益的优势,风机单机容量将朝更大功率方向发展。近年来,欧洲提出了2020年海上风电规模达到4000万千瓦的宏伟目标。目前,德国Repower的5兆瓦和6兆瓦,Enercon的4.5兆瓦和6兆瓦风机已经开始批量生产,并投入运行。
“目前正在连云港进行中试的6MW海上风电机组,具备零电压穿越能力,在额定功率时每小时能发电6000度,如果中试成功,可以满足6000户普通家庭一年的用电量,从而在大功率机组研制方面达到国际领先水平。”
新技术带来的新机遇远不止这些。电控系统是风电机组的核心单元之一,包括控制系统、变流器及变桨系统等配套产品,是左右风力发电机组性能的关键单元。目前,国内风电机组电控系统基本还是以国外进口为主。“掌握核心零部件的设计和自产,意在打造具有中国自主知识产权的完整产业链,对中国风电行业的技术发展有重要推动作用。”未来3至5年,风机如果要作为主力电源,一定要满足更加严格的并网要求,他们正在为这一目标而努力。
【燕赵都市网】 供稿:可再生能源事业部