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金风科技:VMP使风机更友好 风场更智慧 业主更省钱

国际新能源网  来源:金风科技微平台  日期:2016-12-22

这种充分利用直驱机组技术特点调动机组自身能力,进行无功补偿的VMP(Voltage/Var Management Platform)装置,颇具性能与成本优势。如今,它已经成为电网企业与风电业主的心头好。

11月中旬,天润新能组织山西省电力公司、中国电科院、国网山西电科院、四川大学、中能建、金风科创、天诚同创等8家单位,对一款名为“VMP”的系统调试方案进行了评审。在通过该评审后,天润新能得到了进一步调试许可,在其风电场中接入金风VMP系统。可以预见,业主企业通过采用VMP系统调节风电场无功补偿,有望取消SVG、SVC等传统无功补偿设施,降低风电场整体投资成本和提升区域电网安全稳定水平的目标,向前迈出了一大步。

那么,VMP到底是什么,有着革新传统无功补偿方案的本事?

宁夏一个安装有金风VMP设备的风电场

金风VMP是什么

理解VMP,先要理解无功补偿。

风机在发电的过程中,配套的变压器要消耗无功功率,从而对电压产生影响,使其出现波动。在特殊情况下,这种波动甚至导致风机脱网。为保证稳定运行,我国并网的风电场,都强制安装集中无功补偿装置。而目前应用最多的无功补偿装置是SVG等。

然而,SVG等传统的无功补偿方式,存在一定不足,令业主比较头痛。

据了解,进入市场较早的一批SVG装置,设备可靠性一般,可利用率很低。还有一些此类装置,难以完成其本职工作:如在系统电压低于90%,最需要无功补偿时,其无法给与快速而有力的支持;当系统电压恢复时,其又因为反应慢,将系统电压抬高,超过110%,使系统又不得不面对高电压风险。同时,由于SVG存在有占地面积大(升压站需占地90平米左右),耗电量高(耗电量占风整场总耗电量的10%左右)等经济性问题,使业主在养活它时,不但费神费心,还相当费钱。

而金风VMP(Voltage/Var Management Platform,即金风风电场电压/无功功率管理平台)系统属于一套控制装置,它通过发挥和利用风机能力来发无功功率。VMP根据风电场缺少的无功额度和电压波动情况,控制每一台机组,释放其所具有的无功补偿能力。

“以前是集中一个装置专门干这个活,现在只需装一个监控设备。它就像一个乐队指挥,指挥每台风机去根据需求发无功。这些机组在发了无功后,既不会影响发电量,也不会增加负荷,更不会增加风机故障。”金风科技一位负责并网设备研发的产品经理谈到。

那么,既然这个“乐队指挥”看上去像个新人,他足够踏实可靠吗?

其实在欧美地区用风机补偿无功的方式较为普遍,使VMP技术受到广泛认可。例如,根据业主要求,金风科技在其国外的风电场中,都安装了这个装置。在国内,也已经有40多个风电场使用了金风VMP设备,这些设备在运行过程中,没有出现一起因故障问题导致停机的情况发生。

金风VMP的全部设备装在一个标准柜中

金风VMP有多强

据了解,金风科技是第一个,也是唯一一个在中国推出VMP设备的企业。这不免使人产生疑问:为什么这种好东西,又是由金风科技研发而成的?据上述产品经理坦言,这是因为金风科技推出的风电机组,主要使用了永磁直驱技术路线,而VMP的优点在永磁直驱机组上可以被发挥得淋漓尽致。

一方面,安装有VMP系统的机组在发无功时,在电网侧就相当于一个小的SVG在运行,变流器承担了主要的控制工作。金风的永磁直驱机型使用了全功率变流器,全功率变流器由于容量大,其可控范围也就更大。另一方面,在系统出现低电压或高电压时,可通过全功率变流器的快速调节控制,实现正常状态(以下简称稳态)到特殊状态(以下简称暂态)下的平滑切换。机组能够做到零电压和高电压状态穿越。

“电力系统暂态过程需要什么样的电流最舒服,风机变流器就可以给它什么样的电流。因为基于直驱技术,全功率换流器在暂态过程输出的所有电流都是可控的”,并网产品经理如是说。

实现上述平稳切换,其实并不是一件简单的事情,这需要VMP补偿无功的速度与精度都相当高,也需要机组的就地响应和配合。VMP与风机配合,无功控制响应速度,在暂态条件下能真正达到40毫秒至50毫秒,有效满足标准要求。并且因为易于控制,完全按照电压跌落比例进行无功电流补偿,不多也不少。直驱风机的无功电流快速补偿特点,也避免了在低电压穿越过后的系统恢复过程中,由于传统无功装置反应慢,无功过剩使系统高压的风险。

上述一切早已有实例为证。一个位于宁夏,总容量为175兆瓦的风电场,在2014年曾遭遇系统低电压过程,VMP装置迅速将风机切换至暂态模式,风机机组控制将有功电流降下去,同时向电网注入无功电流。在系统低电压过程中,风机发出的无功电流与电压跌落成比例增加。2秒后,风电场低电压穿越完成,VMP自动将风机切换到稳态模式,低电压穿越过程做到平滑、无缝衔接,令风电场机组成功地实现了一次“自我救赎”。

某风电场在电压控制过程中经历低电压穿越,VMP迅速进行无功补偿

金风VMP有多省

省的就是赚的。除在可靠性与性能方面使业主高枕无忧外,金风VMP所具备的成本优势,也能为业主节省不少真金白银。

对于已建成的风电场而言, SVG等传统无功补偿装置耗电量相当大,同时,设备维护也存在不少支出,持续消耗着业主利润。尤其对于存在弃风限电的风电项目,盈利水平本身就已捉襟见肘,SVG的上述硬性支出,更是风电场运行中“精打细算”的重点。而安装VMP设备,能够对这些项目效益的改善起到很大作用。

我们以另一个位于宁夏地区,已经实际安装VMP设备近2年的项目为例,看看它是如何为业主省钱的:

在2014年全年,上述项目SVC与SVG设备一年耗电量高达260.6万度,如果粗略地以每度电0.5元计算,该项目在2014年因无功补偿设施的运行,产生了130.3万元的成本。但在安装使用了VMP后,其SVC和SVG设备完全处于“待机”状态,2015年全年集中无功补偿的损耗成本为零。该项目的场用电率也从2014年以前的3.412%降至2.93%,最新统计的2016年前5个月的场用电率仅为2.81%。同时,SVC和SVG设备的运维费用每年也节省达到了数万元。

宁夏某风电场在2015年安装金风VMP前后的厂站耗电情况对比

显然,金风VMP已开始为处于运营期的风电项目业主,省下大笔开支。但如果一个风电场在建设之初就安装该设备,所减少的项目整体投资与运行成本将更为可观。

以一个5万千瓦的新建项目为例,来算一笔账:采用VMP设备,只需要安装一个长0.8米、宽0.6米,高度为1.8米的标准柜体。这就使得其与需要单独建设房屋并进行散热的SVG设备相比,减少场站征地90平米以上,节约一个独立房屋和主体设备基础的施工工程,从而有效节省建设工期和成本。同时,集中补偿设备本身也超过100万元。按照项目运营20年,每年降低厂用电量70-110万度来合算,在项目整个生命周期中,采用VMP设备进行无功补偿,可节约用电量超过1400万度至2200万度,费用700万元至1100万元。此外,以每年节约设备维护费用在0.5万元至3万元计算,在整个生命周期中,项目还可节约运维费用10万元至60万元。这些数据很难不令人心动。

金风VMP在新建项目和运行项目中体现的产品价值

“无论是已经运营的风电项目,还是新建的风电项目,通过采用VMP进行无功补偿,在性能、可靠性与经济性上都具有相当大的优势。这对于讲究精益管理的业主来说,具有强大的产品吸引力”,一位了解风电并网技术的专家坦言,“直驱技术在此方面真是具有天然的自身优势,就像低风速下直驱表现优秀一样”。

显然,作为风机整体解决方案的一部分,金风科技充分利用永磁直驱技术特点而研发的VMP系统,已经使客户对其整机产品的体验更上一层楼。伴随未来对风电场人工智能化的要求,VMP系统势必成为一种趋势和必然。

什么是SVC和SVG?

SVC(StaticVar Compensator),即无功补偿器。基本原理是利用晶闸管作为固态开关来控制接入系统的电抗器和电容器的容量,从而改变输电系统的导纳。

SVG(StaticVar Generator),即静止无功发生器。基本原理是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上,适当调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值,或者直接控制其交流侧电流,使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流,实现功率无功补偿。

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