7月3日，在7月3日上海国际海上风电及风电产业链大会“海上风电关键技术”专场，中国电科新能源研究所总工程师迟永宁发表了题为“海上风电建模和直流并网运行控制技术”的演讲。北极星风力发电网整理现场内容如下：
【迟永宁】：我的发言的题目是“海上风电建模和直流并网运行控制技术”，在座的可能搞这方面的研究比较少，我就稍微简单的介绍，几个方面：第一个方面是大容量风电机组的建模技术，因为目前国家的新能源接入越来越多了。越来越多以后对电力系统来说，他不管是做运行方式的时候，电力系统每天的运行方式可能不太一样，都要做一些计算，研究电力系统出现一些问题的时候，他都需要一些发电的模型，比如说常规的火电机组、水电机组。现在运行的越来越风电机组的建模，甚至是光伏发电本身的一些建模变得越来越重要了。因为他对于你了解整个电力系统的运行特性，对于你来看整个电网和新能源发电之间到底有什么相互作用都是非常有用的。
前两年大家关注DDR穿越作用，DDR穿越的问题因为他做的测试都是针对风电机组的。但是作为电力系统来说，他更关注的是整个电力系统里面会怎么样。所以像风电场一些DDR的测试他也要通过建模技术来测试，比如说去建立一些风机的模型，然后组成一个风机的模型放到电力系统里面做分析才能知道整个风电场和光伏电站的经过是怎么样的。
第二，是海上风电技术，海上风电技术咱们国家推进的比较慢。未来三五年以内更多是交流的方式，他当然有一些问题，我去年也介绍了。全世界来讲欧洲的风电开发直流的技术是越来越普遍的技术，因为直流他是有一些优势的。所以今年会看一下海上风电的直流组网的技术，还有海上风电多了以后，他会形成一个区域性直流电网，直流电网可能有多个发电的电源介入这个电网，这就是一个多断的直流概念。相关的一些控制我大概讲一下。
因为今天下午的演讲嘉宾比较少，可能每个嘉宾的时间多一些，提问的时间也多一些。
目前来看，国际电工委员会对各种风电机组做了一些分类，目前大概有4类分类方式，把风电分为带有感应发动机的定速风电机组，这种风电机组像之前的金风的750都是这种技术。但是近几年随着电力电子变频调速的技术越来越多，这种技术用的越来越少了。更多的是第三种和第四种，而第二种是一个过渡技术，他就是把传统感应发动机转子通过一个开口借到一个电阻上，这样通过控制电阻的阻抗多少可以改变一些风电机组的特性。但是第二种机组应用也比较少，目前最多是第三种、第四种，大家常见的一种是双馈的风电机组，一种是直驱的风电机组。双馈的像之前的华锐、东气基本上都是双馈的。对这4种风电机组的建模现在国际上了很多工作。
对于模型，因为我们用模型需要做一些分析，做一些研究。根据目的的不一样的，他对模型也有不同的分类，比较简单的来说目前对电力系统就是两大类，一大类是机电的模型，他更多的是用于电力系统的稳定问题，安全问题。再有一种是详细的模型，是风电机组的电磁模型，他更多的是厂家在使用，他更多是一种设备级的。我能够做一些更加精准的分析，像设备本身的电池特性，像设备本身通过电力电子控制的特性，他都是用电磁展台的模型。但是对于电力系统来说，他更多的关注是这一块，就是一个机电展台分析的模型。
他包括了几部分，比如说动力学部分，他的发动机或者风机的叶片、轴系，这些方面实际上他时间尺度更大一些，可能侧重是一个秒级。因为机械系统、动力系统他的时间相对比较大。但是对电器来说，发电机本身的特性更多的是毫秒级的。比如说我在电力系统做仿真的时候，他数学上有一个计算的步长，更多可能是一个10毫秒，10毫秒是什么概念呢?电力系统是一个周波的概念，他是20毫秒，所以更多的是半个波长做分析。这是对模型的分类。
我现在拿用比较多的双馈风电机组给大家简单介绍一下，就是建模到底是怎么回事。因为作为一个风电机组来说，他包括了空气动力学的模型，机械部分的模型，也包括了发电机的模型。但是对于目前的风力发动和光伏发电更重要的是电力电子的模型。这块模型对于发电技术本身，对于电器的特性，运行的特性有更大的影响。因为基本上风电机组和光伏电器特性都是依靠电力电子部分来实现的。
前两年大家听说DDR穿越的问题，当电网发生故障以后，这个风机能不能接在电网上。一方面是电器方面的一些问题，但是在他这个过程里面，因为一些能量不平衡的问题，他的机械部分也会受一些影响。最后建模时候，机械方面的考虑也是需要做的。
发电机的传统部分他包含了风力机、轴、发电机，他实际上通过齿轮箱连接起来以后，把一个慢速的风力机的机械传动，最后到发动机这一侧就变成了高速的制块了。所以说在做建模的时候，目前来说考虑的更多的是把风力机和发动机分开，他实际上是两个质量块的模型。这两个质量在电网发生稳定问题的时候，故障的时候，这两个质量块之间就有相对运动了。有相对运动轴就会出现一些扭转，一些振荡问题。所以这一块在建模里是需要考虑的，他也会对整个风电机组的特性带来一定的影响。
当然更重要的是我刚才说的他完全是依靠一个变流器的控制系统来实现对整个风机，因为光伏逆变器他是一个主要的控制系统，靠逆变器本身来控制。对于风机来说，他主要是靠电机测的逆变器来控制我的风电机组，或者说我的风电机组的发电机发出来的电的电机特性。这个比较复杂，因为他一方面需要靠一些矢量控制的原理把风电机组或者发电机两块的内容给他分开控制，一块就是能量方面，就是功率方面。大家知道比较多的是电功率，我的电功率是多大，这一块是依靠一个尺度上的风量来控制。
另一块是作为非电力系统的人不了解，就是我的发动机的电压是和他的无功是相关的。无功又和这个风电机组本身的风量是有关系的。这两块他通过我们叫矢量控制的原理把的完全分解了。我通过控制一个量完全可以控制我风机发出的功率是多大，比如说发出1兆的电力。另外一个控制另一个量完全控制发出的无功功率是多大。这个东西可以控制发电机的机端的电压。
DDR穿越控制本身也是在风机建模里面比较重要的一个方面。因为DDR穿越这种过程他是电网发生了故障。发生了故障，一般来说电网的电网会从一个正常的值突然间下降到一个非常低的值。当发电机电压降低以后，这个风机的本身特性就会引起一些变化。这时候就需要风机一方面是保护我的设备本身不受到伤害。另一方面我要给电网提供一方面的支持。这一块对于DDR穿越控制的模式需要在建模的过程里实现。当然这一块更多的厂商感兴趣，我们也专门有几个部门做风电机组的建模，包括刚才讲的这些东西。
第二个方面是海上风电场直流组网的技术，因为现在我们国家开发的是离岸距离已经近的20公里、30公里，通过交流来接入。这样一个风电场20万或者30万的规模还不是很大，但是当风电场的规模更大一般，当风电场离岸距离更远以后，他的一些问题就出现了。这时候就依靠交流介入的技术可能就有问题。所以大家可以看到在欧洲的海上风电开发过程里面，包括德国北部的北海、包括英国附近甚至大西洋旁边的海上风电的开发，因为他风电场离岸距离越来越远，比如说离陆地是90公里100公里，他们更多的是采用直流的风机，直流的技术是包括在风电场内用一些直流来组网，组成一个风电场，同时风电场升高到一定电压以后，他的功率怎么样送到岸上去，又涉及到一些送出直流技术。
目前在风电场内有这样几种汇集方式，比如大家常见的风电机组他出口电压是690V，大家都知道他是交流的。通过一个相变把他送到10千伏，或者3万5，然后串并联到一起，汇集了以后在整个风电场把他升压。一般来说，这种交流的汇集在场内一般是交流电通过这种串并联的汇集以后，通过升高变压器把他升高一个电压升级，通过交流，通过一个交流的输入电路送到电网。这个是咱们国家目前来说采用的技术。因为目前这一段的传输距离比较近，只有20到30公里的，所以他不会引起特别大的问题。
但是他的变电站的体积比较大，而且成本也比较高。再有一个，一旦输电线路的长度增加，他会有一些电压的问题，过电压的问题，所以需要无功补偿。这一块都是交流汇集传输的技术。
随着输电的距离越来越远。现在更多的选择是把这个输电线路本身变成一个直流。大家看一块他就是通过一个交流变成直流，这块是直流变成交流，中间这样一个转换把海上风电场先从交流发电的技术变成直流，通过海底电缆送到陆上去，再把直流的变成交流送到电网上。这也是一种选择，刚才我说了，随着他输电距离增加，交流输电会带来一些问题是很难克服的。这样就有必要通过直流来进行传输。但是这种技术仍然存在一些问题，比如说我必须有公平的变压器，他的频率是50赫兹。这样的话体积就做的比较大，需要放到海上平台。这一块对海上建设的要求是比较高的。
现在国外，包括国内都正在做一些交流，我能不能一些直流的风电机组在风电场通过直流的汇集，把他变成一个直流的风电场，然后通过一些DCDC把直流的电压升高再送到陆上来。这个也是比较新的技术。不管是国外还是国内都在做一些研究，我们也有一些科技项目做这方面的分析，但是这一块他的应用前景在近几个年内，或者十年以内不会得到大规模的推广。但是随着可再生能源越来越多，海上风电越来越多，包括直流组网的技术应用会越来越广泛。
下面介绍一下直流组网本身方式分类，比如说直流风电机组他可以是现在的风电机组，比如说风电机组把他交织变流器另一边去掉，中间就剩直流了。直流以后通过一些并联，把这个风电机组到所有的电力汇集起来，通过一个DCDC向岸上输送。但是这样有一个问题，因为每个风电机组本身的DC的电压不是很高，汇集起来以后他这个风电场的电压等级会低一些，所以说他需要一个DCDC升压的变换器他的电压升高才能送回去。而DCDC本身的技术变频是比2倍要大，可能是3，这个技术还不太成熟。
目前还有一种大家在考虑直流风机能不能把他串联起来。学电的人可能都知道，一个电路如果串联的话，他各个电路部件的电压之和，如果我把一些直流的风电机组串联起来以后，这样的话一个直流电压等级就可以做的高一些。这样的话他就可以不通过DCDC，一个风电场直流电压升高以后直接就送到岸上去了。当然他会有一些问题，对于串联型的他有几种不同的技术方案。
比如说对于并联型是这样的，并联型的好处我每台风机的电压都是一样的，这个电压可以通过这个DCDC这一端来控制。所以风电机组本身电压是可以控制的，他工作了以后，比如风大了以后，我的风机处理更高一些，他就可以控制把他工作电流增加，这样比较方便，控制起来也比较容易。不会出现什么各台风机协调的问题。但是他唯一的问题需要最后DCDC升压来实现。
对于串联的风机就有问题的，因为串联端口电压实际上是跟运行有关系的。比如说风大了以后，我需要控制端口电压升高，这时候不同的风机他的风速感受的不一样的，他的运行点可能就不一样。所以他出口电压是不一样的。这时候就会面临着不同的支路的风机最后如果不协调的话，总的电压是不一样。这时候有一个问题，当有的风机运行点跟别的风机偏差比较大的时候，他可能需要限制他的出力，就会去掉一部分风，让他的运行点尽量跟别的风机是一致的。他会有一个风能转化效率的问题，但是这种串联型的好处可以不通过DCDC，直接经过串联技术把他电压增高，这样的话就可以很容易的输送到电网里去。
我刚才说的这些问题可以通过一些比较复杂的控制来实现，这一块对于海上风电场直流组网技术的一些介绍。
因为第二部分主要是说的风机在风电场怎么样组合，是通过串联的方式，还是并联的方式，更多的是关注是风电场内的问题。第三个是关注假设海上风电场发展比较多了，更多的风电场可能在一个海域范围内汇集到一起，通过一个点送到电网里去，比如几百公里以外还有风电场需要汇集到一起总到电网去。这样就可能需要在海上建立一个直流网络，这个直流网络怎么运行也是目前国际上比较关注的问题。
比如不同国家的规划，像欧洲大家知道他在北海，北海既有德国，也有像丹麦、瑞典很多国家参与。他在北海建一些海上风电，利用直流比较先进的技术，柔性直流的输电技术建立起一个海上的直流网络。另外像欧洲这种超级电网的概念他要把这个北非的一些光资源宾客光热发电接入到电网里面。还有地中海的一些光热发电，光伏发电。
这个超级电网的规划据我所知是欧洲的风能协会提出的，他在面未来大规模新能源发展的情境下就提出了我用直流联网的技术，把大规模的新能源通过直流的电网输送到欧洲的负荷中心区。中国也有同样的问题，因为大家都知道一方面海上风电在山东、江苏、甚至福建广东以后也有一些，另一方面内陆风电也有一些，内陆风电大家在提可以通过传统的直流，通过几千公里的距离把西部可再生能源送到东部来。
但是也有一种可能，因为西部的风电比较分散比较多，所以他在某些局部区域可以刚才说的类似于海上风电直流汇集输送的技术，可能会形成某些区域的直流电网，把这个电力再通过比如说远距离的交流输电，或者是远距离的直流输电输送到负荷中心去。
美国也有这样的规划，这是美国电网的结构，绿色现在的电网，更多的是交流电网不同的电压等级。但是随着以后美国新能源越来越多，他的交流电网里面就会出现红色的直流，直流是可能是两个不同的交流电网背靠背的直流联系，当然也有可能在某个区域形成一个区域的直流电网，同时通过这个区域把他送到交流电网里去。对于直流技术的研究，世界上关注人越来越多。我们也相信应该在不久的将来，直流电网肯定在实际的工程里面有一些应用。
对于这种海上风电来说，最有可能形成这样一个情景，比如说海上有几个风电场，或者几个大的风电场群。这些风电场每个都会形成一个直流。直流跟陆上的交流系统通过一些联系联系在一起。这样会有多端电网组网的技术，我怎么去设计整个电网的拓扑结构。但是现在都在做不同的研究，有的人提出我可能是一个环状的电网，但是环状电网可能有一个问题。比如说我这个电脑的电气联系断了，所有电力都要通过这边输来送到交流电网，这样的话对于某些局部的线路他就需要承担4个风电场的容量。这样经济上是不合算的，所以说这个环形联网虽然简单，但是他输电线路成本应该会比较高。因为输电线路在某些条件下要承受更大的功率。
再一个是研究的星型的，星型他就是把所有的汇集在一个点上，这样需要建一个海上平台。但是汇集到一个点上，相对来说一个风电场出现问题不会影响其他三个。但是还有一个问题，一个是可能需要海上需要建立一个集中的东西来汇集这些电力。再有一个，当风电的汇集跟电网之间的这些短的连接线上出现问题的时候，整个系统都会受影响。所以这个也有他的问题。
当然还有人提是这种混合的拓扑结构，他可能会解决一些问题。但是相对来说他的成本也比较高，运行起来也比较复杂。不管怎么说很多问题通过技术可以解决的，但是通过技术和运用我在考虑更多的可靠性，更多的冗余度的时候，经济上的投入就会增加。这这块不单单是一个技术上的考虑，是一个技术和经济综合考虑。
对于刚才说的多端直流控制做的研究也比较多，像刚才这种电网他会形成一个海上直流电网，他是一个多端直流电网。每个风电场群他会在这个直流电网里负担起一定的控制责任。比如有的海上风电场要控制你这个接入点的直流电压，我要保证这个电压。有的风电场负担我发出多少功率，这个直流电网就是吸收多少功率。同时电网直流站也会有这样的要求，你到底是来控制电压，还是控制一个功率的分配。这一块也有好多的研究，基本上是这么几种。
假设有两个海上风电场或是两个风电场基地，通过直流接入到陆上以后，这样他会在这个直流系统里面会形成4个直流的换流站，每个换流站他在直流里面控制目的、控制策略都是不一样的。比如说对于VSCE这一个，对于这个换流站可以根陆上的电网就控制他的功率，就把电网发出的功率取其中一部分通过这个端口送到电网里去，这一块就控制直流电压。在运行里面控制直流电压意味着什么呢?意味着我要保证这个直流电压是稳定的，但是功率大了以后，他的直流会升高，这个时候会采取一定的手段，把你吸收到的功率，你这个站从海上风电吸收的功率通过这个站完全送出去。
所以这个站他的任务是什么呢?我保证我的直流的电压是恒定的，但是我直流的功率最后海上风电的功率是在不断变化的。这样目前控制方式可能有的陆上站负责控制电压，控制电压相当于我不断的吸收你风电场的功率，你大了以后就多吸收，少了以后就少吸收。而这个是保证恒定的功率，这个比较简单。但是也会造成什么问题呢?我这个站他运行方式的变成比较大，他对这边的电网会一些影响。所以从理论上来说，他虽然有一些优点，他控制比较简单，任务分配也比较明确，但是在实际的系统接入里面有一些别的问题。
还有的别的控制方式，比如使直流电压偏差控制。比如说这个站我以前是控制他的直流电压，保证功率的吞吐。但是当你传输的容量超过一定的限制的时候，这个直流电压的可能会升高。升高到一定程度有了边查以后，把我把站控制的一些任务就会转到其他的站上去。比如说这个站就不控制电压了，到了上限了我就只去控制功率了，我把我的控制任务转到这个站去了。所以依靠直流偏差的控制可以在站和站之间改变一些控制策略。
电压的下垂控制，也有人把他叫斜率控制。他类似于交流系统里面的一个行为，比如说一个电网，电网里面有很多发电厂，发电厂发电的多少是影响这个电网的频率的。当电网频率升高的时候，这个发电厂本身调频的系统就会让这个发电厂他的出力降一些，当频率低的时候，会让这发电厂的出力高一些，这个东西就叫下垂控制。
这个下垂控制的想法实际也可以在直流里面实现，直流里面他看到的就不是系统的频率了，因为直流系统没有频率，他就是一个直流电压了。当直流电压发生变化的时候，就通过直流电压的变化来控制这个电压功率传输，这个类似于交流系统的频率控制一样，他通过这种手段来协调整个系统的控制。这样的话他会有一个好处，这两个站控制基本上是同步的，比如说当风电的出力更多的时候，两个站直流上升是差不多。两个站在直流偏差的控制下，他会让它的注入电网的功率增加。这样也是会通过这样机制来控制整个多端的控制。
今天讲了这些东西，这些技术尤其在中国是处于研究阶段，在欧洲可能有一些应用。但是随着海上风电越来越多，从近海风电发展到远海发电，直流技术应该在海上风电甚至在陆上风电有更多的应用。以上就是我的介绍，谢谢大家听我的介绍。
【提问】：你刚才说的直流，这个直流的风机电压等级要达到多少才能是接受的状态?
【迟永宁】：他一般是一个几千伏的直流电压，还不是很高。这是并联，并联直流的风机出口电压是比较低的，但是这个取决于不同的厂家的技术。他还需要经过一个直流支流的升压技术才能完成把他生成一个40千伏或者50千伏的直流电压把他送出去。损耗主要是这些电子设备，还有DCDC的损害。
【提问】：还有站内电缆目前比较流行的是35千伏，现在如果在风机这一块从直流侧把这个电压升到110V这么高的话，技术上可行吗?
【迟永宁】：对电缆这一块了解不是很多，因为交流电缆220没什么问题。直流电缆我不是太清楚，因为对风电来说，他场级的升压基本上是在100千伏左右，不同国家可能不太一样，或者说200千伏左右，他不会再高。但是现在我知道的柔性直流的输电技术，VSX的他做模块化的MMC的技术，实际上ABB西门子我记得他应该做400千伏左右的电压等级，技术上应该是可行的。
【嘉宾】：如果说是直流组网的话，可以是发动机出加一个变压器，有不同的方式，就是直流组网有很多方案，有刚才迟博士介绍的方案，还有另外一些离线近一些的。比如说风力风电场出口接一个变压器，变压器升压。然后用换流器换到直流，直流大概是50到80千伏。这样50到80千伏这样的优势如果说离岸距离不是特别远的话，就不需要直流平台了，变电站平台就不需要DCDC了，就可以直接拉到岸上说去了。
比这个最新的技术，我认为最近一两年可能就可以实现的一个技术，又能大大降低成本那就是72千伏的交流。目前风电场的组网是大概35千伏，但是如果把这个交流风场升到72千伏，也就是说每个风机出口变压器升到72千伏的话，这个72千伏的风电场就不需要上海上平台了，如果离岸距离比较近的话。海上平台大概占整个项目成本的20%到30%，大大降低了这个成本。我认为最接近现实的，能大家带来好处的是应该是72千伏的交流。当然直流技术将来也是一个发展方面，但是就像迟博士说十年之内不会有商业化的大规模应用。谢谢。
