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風力發電，因風而或有不穩；但風電并網，卻要求在不穩定中尋求穩定。 當電網出現故障，即便是電網電壓跌落至零，風電機組也不能脫網“罷工”，需要堅持200毫秒不間斷并網———憑借這一完全自主知識產權的“零電壓穿越”技術，日前，國電聯合動力技術(保定)有限公司研發的6MW海上風電機組正式下線。這是目前國內單機功率最大的風力發電機組，代表了我國大型風力發電機組制造技術的最高水平。 “低電壓穿越和零電壓穿越是風電設備的核心技術，是決定風電機組能否安全并網的關鍵指標。”國電聯合動力技術(保定)有限公司副總經理王洪斌表示，不突破這一關鍵技術，就無法跨過風電并網的門檻。依托風電設備及控制國家重點實驗室，2011年4月，國電聯合動力率先通過德國GL勞氏船級社的零電壓穿越測試，填補了我國在此領域的技術空白，“零電壓穿越是低電壓穿越的極限狀態，而目前國內通過零電壓測試的企業還不足三家”。 瓶頸 80%的風力發電機組無法實現低電壓穿越，難以滿足風電并網的技術要求 “低電壓穿越技術已經成為風電并網繞不開的話題。”令王洪斌極為關切的，是今年6月1日起開始執行的《風電場接入電力系統技術規定》(簡稱“新國標”)。“事實上，我國已將風力發電領域的門檻抬高。早在2009年國家電網‘企業標準’和2010年國家能源局頒布的《風電標準體系框架》中，低電壓穿越都被當做一個重要的技術標準提出來。” 風力發電是技術較成熟、最具商業潛力的新能源之一。目前我國已進入大規模開發利用階段，到2010年底超過美國成為世界第一大風電裝機大國。“自從2009年年底，國家電網推出并網標準之后，目前各家風場在購買新風機時基本都將‘具備低電壓穿越能力’寫入招標書。”王洪斌介紹，但我國的風電機組技術水平較差，占國內風電機組約80%的風力發電機組，存在著無法實現低電壓穿越、難以滿足電網并網技術要求的難題。 什么是低電壓穿越？業內人士如此比喻：這就好比在電網這條高速公路上，行駛中的風電遇到公路流量大幅波動或路障時，不是選擇迅速靠邊停車，引起交通混亂，而是開辟一個窄的通道，以保障公路有效通行。“風電不像火電能24小時、365天持續穩定在一個功率發電，風大的時候發電量就大，風小的時候基本不發電，發電功率完全取決于風力。”國電聯合動力技術(保定)有限公司技術部副經理井延偉表示，正是由于風電這種不可控性和反調峰性，給電網調峰、調頻和調壓，保障電網安全帶來了很大挑戰。目前國內風電整機制造企業多達70余家，但是關鍵核心技術仍掌握在少數外國公司手中，國內自主研發相對滯后。 突破 并網電壓跌落到零時，風機設備能堅持200毫秒不脫網 “這就是電器控制柜，它是風電機組的控制系統，相當于人的‘大腦’。”6月26日，在國電聯合動力技術(保定)有限公司整機生產車間，工作人員指著一個將近兩米高的柜子說：“控制系統具備零電壓穿越能力，可以使機組具有良好的電網適應性。在并網電壓跌落到零時，風機設備能堅持200毫秒不脫網。” 200毫秒能干什么？甚至來不及眨一下眼，時間短到幾乎可以忽略不計。然而，“這可是‘救命’的200毫秒，是世界上對風電機組最嚴苛的要求。”王洪斌說，“奪”來的200毫秒能給電網贏得足夠的時間進行電力平衡，避免大面積停電事故的發生，可以極大提高電網的安全穩定性。 從2009年在行業內首先提出“電網友好型風力發電機組”概念并進入自主研發階段，在基本沒有任何技術參照的情況下，兩年多時間里，重點實驗室通過成百上千次實驗進行摸索，先后完成包括控制系統響應時間、控制策略、整體可靠性等多項風電接納能力及運行規律研究報告。“技術核心是在并網點電壓跌落時，風機能夠保持甚至向電網提供一定的無功功率，支持電網恢復。”井延偉解釋，風力發電機的主控系統、變頻器和變槳系統均連接設有UPS電源和相關裝置。零電壓穿越狀態啟動后，由UPS電源供電，由變流器的發電機轉子控制單元向電網發送無功補償；在電網電壓返回到正常工作電壓之后，零電壓穿越模式會關閉，風力發電機的有功功率增加到設定值。 “僅僅五分之一秒，卻含義深遠。”王洪斌表示，零電壓技術的突破，是我國風機設備低電壓穿越技術的里程碑式進步。 機遇 國產風機具備國際標準，拿到進入歐美國家準入證 “截至5月底，6臺出口到美國的1.5MW近海風機已經成功發電600多萬度，未發生一起脫網事故。”近日，來自美國方面的這一反饋令井延偉感到欣慰。自去年6月8日從保定起運，作為我國首批出口到美國的近海風機，井延偉一直密切關注這一檢驗他們零電壓穿越技術成果的真正實踐。“目前美國業主對此高度評價，預計有望迎來后續訂單。” 零電壓穿越技術的突破，不僅為國內風機并網提供技術支撐，還為國產風機設備出口打開一扇大門。 從國外風機技術發展趨勢來看，一般來說，綜合風機制造、運輸、吊裝和基礎等因素單機容量越大，風機單位千瓦的造價就越低。基于經濟效益的優勢，風機單機容量將朝更大功率方向發展。近年來，歐洲提出了2020年海上風電規模達到4000萬千瓦的宏偉目標。目前，德國Repower的5兆瓦和6兆瓦，Enercon的4.5兆瓦和6兆瓦風機已經開始批量生產，并投入運行。“新技術的應用，使風機國際競爭力更強，意味著國產風機具備了同步國際的標準，相當于我們拿到了一張進入歐美國家的準入證，為日后國產風機設備出口美洲、歐洲等國家打下了堅實的基礎。”井延偉表示。 “目前正在連云港進行中試的6MW海上風電機組，具備零電壓穿越能力，在額定功率時每小時能發電6000度，如果中試成功，可以滿足6000戶普通家庭一年的用電量，從而在大功率機組研制方面達到國際領先水平。” 新技術帶來的新機遇遠不止這些。“我們已經成功實現多型號電控系統、葉片等關鍵零部件的自主設計和生產。”井延偉說，電控系統是風電機組的核心單元之一，包括控制系統、變流器及變槳系統等配套產品，是左右風力發電機組性能的關鍵單元。目前，國內風電機組電控系統基本還是以國外進口為主。“掌握核心零部件的設計和自產，意在打造具有中國自主知識產權的完整產業鏈，對中國風電行業的技術發展有重要推動作用。”“未來，風電的發展趨勢是機組由小變大，并網容量由少變多，向單機大功率和海上電站建設方向發展，風電在很多地方可能成為第二或第三大電源，這就要求風電設備不斷提高核心技術水平。”王洪斌預測，未來3至5年，風機如果要作為主力電源，一定要滿足更加嚴格的并網要求，他們正在為這一目標而努力。 |
