同步谐振

近十年，我国风电实现跨越式发展，大规模、高比例新能源已成为我国新一代电力系统的重要特征。然而，大量基于电力电子变流器的新能源并网运行，深刻改变了电力系统动态特性，带来新的并网稳定性问题，其中风电次同步谐振尤为突出。美国德州、德国北海，以及国内的河北沽源、新疆哈密、吉林通榆等地多次发生风电次同步谐振，造成风电机组大面积脱网乃至设备损坏，危及电网的安全稳定运行，严重影响了新能源高效消纳，成为制约构建“清洁低碳、安全高效”现代能源体系的关键技术因素。 然而，风电引起的次同步谐振问题较之传统火电机组同类问题更为复杂。电力电子变流器具有多时间尺度特性，且风电机组台数多、分布范围广、风速变化大，运行方式组合复杂多变，谐振现象区别于火电的固定频率，表现为时变的宽频带特性。基于火电次同步谐振形成的认知和技术，已难以适应风电次同步谐振分析和治理需求，迫切需要形成新的技术体系。 依托科技项目及生产技改资金，项目团队突破风电次同步谐振的定量分析和抑制技术，形成三项技术创新：①提出了基于聚合阻抗频率特性的次同步谐振量化分析方法，实现了对高维复杂系统次同步谐振风险的精准量化评估，解决了大型风电基地次同步谐振定量分析困难和机理不明的问题；②首创了电网侧集中式次同步阻尼控制技术，提出了装置一/二次参数设计方法，研制了国际首台35kV网侧风电次同步阻尼控制装置，解决了大型新能源基地次同步谐振的低成本化集中治理难题；③提出了双馈风电机组宽频带阻抗主动重塑技术和基于次同步锁相的振荡频率自动追踪技术，成功研制了具备次同步阻尼控制功能的双馈风电机组变流器，实现了单元机组侧的主动式治理。 项目获授权专利18项，发表SCI/EI论文47篇。中国电机工程学会组织的成果鉴定认为：项目提出的谐振定量分析方法、电网侧和机组侧抑制方法达到国际领先水平，研制的网侧次同步阻尼控制装置和具备次同步阻尼控制功能的2MW双馈风电机组变流器均为国际首创。 研究成果已全面应用于张家口沽源风电汇集地区次同步谐振的分析及治理，建成了国际首个风电次同步谐振抑制示范工程，至今再未发生大规模风电次同步谐振脱网事故。项目研发的风电机组变流器已推广应用至吉林、新疆等存在风电次同步谐振问题的地区，为保障我国电网安全运行与风电并网消纳提供了坚强支撑。项目近三年累计实现销售额5.8亿元，新增利润1.6亿元, 沽源地区新增发电量1.5亿千瓦时，减排二氧化碳12.9万吨。随着我国风电并网容量的增加，项目成果将发挥更大作用。