“未進行高低電壓穿越技術改造前，電網(wǎng)電壓一旦過壓，就會報故障，影響輸電。”2月6日，在河北省圍場滿族蒙古族自治縣東潤風電場，場長王傳業(yè)看著外面呼呼刮著的4級大風，終于不再揪心。他說，改造后風電機組具備高電壓穿越的能力，確保在復雜電網(wǎng)環(huán)境中也能穩(wěn)定運行。
給王傳業(yè)吃下“定心丸”的是中國民航大學科技園孵化企業(yè)——天津航大世達航空技術有限公司(以下簡稱航大世達)的“高電壓穿越技術改進、技術測試及風機建模”項目，該項目在2022年北京冬奧會時曾成功應用于張北縣耿家地風電場，如今已解決了更多電場風電“靠天吃飯”的難題。
提升風電高電壓穿越能力
2022年，北京冬奧會圓滿舉行，并首次實現(xiàn)奧運歷史上全部場館的綠色電力供應。2020年6月，張北柔直工程投入運行，實現(xiàn)張家口地區(qū)上百家風電場、數(shù)千家光伏電站成功“上網(wǎng)”，為冬奧會提供清潔能源，位于張北縣的耿家地風電場便是其中之一。
此時一個難題擺在了大家面前。由于風力的不穩(wěn)定性，風電機組經(jīng)常面臨電壓突變的考驗，導致風電場風機整體解列，電網(wǎng)電壓波動，從而影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，嚴重時甚至會導致風電機組停止運行。
“當電網(wǎng)電壓發(fā)生故障驟升時，如果不加以控制，可能會造成變流器和風電機組的損壞，同時也可能對電網(wǎng)產(chǎn)生功率沖擊，造成電力系統(tǒng)的暫態(tài)不穩(wěn)定，嚴重時可能導致局部甚至系統(tǒng)癱瘓。”航大世達技術總工馮林威介紹，并網(wǎng)型風力發(fā)電機組的故障穿越能力十分重要。當電網(wǎng)故障或者擾動引起風電場并網(wǎng)點的電壓升高時，風電機組能夠不間斷的并網(wǎng)運行，在必要的時候還需要對電網(wǎng)提供無功功率的支撐，完成電網(wǎng)電壓驟升到恢復正常過程的故障穿越。
為此，耿家地風電場經(jīng)過調研，選定航大世達作為技術開發(fā)單位，承擔風電場的技術改進，為風電機組加裝保護裝置，確保設備滿足國標。
推廣至國內其他風電場應用
為確保項目高質量交付，立項后，航大世達技術團隊立刻前往張北縣，在風電場駐場3個月，從設備技術改進和性能驗證兩方面開展工作。
第一步就是根據(jù)技改方案進行風電場設備的改進，升級變流器的Crowbar組件、4U控制器程序及主控程序，從而實現(xiàn)機組的高電壓穿越功能，使老舊機組具備高電壓穿越的能力，確保機組在復雜電網(wǎng)環(huán)境中的運行穩(wěn)定性。
“實際運行的風電場中，很多因素可能導致電網(wǎng)電壓的驟升。”馮林威舉例，比如單相對地故障、 風電場負載的突然切除、大的電容補償器的投入等。直驅風電變流器的網(wǎng)側直接與電網(wǎng)相連，當電網(wǎng)電壓驟升時，電網(wǎng)側功率無法送出，功率由電網(wǎng)側流入變流器，導致直流母線電壓快速升高，變流器故障停機，嚴重情況下可能因為過電壓毀壞功率器件。在完成電網(wǎng)電壓驟升到恢復正常過程的故障穿越之后，有功功率和直流母線電壓由于電網(wǎng)電動勢不平衡會造成波動，但是現(xiàn)有技術中并沒有有效地防止此類波動的措施。因此風電變流器具備高電壓穿越功能是保證風電機組穩(wěn)定運行的必要措施。
完成硬件設備的改進后，技術團隊又進一步對改進后的性能進行驗證。“我們把核心控制器通過電纜與仿真機連接，由上位機運行自主搭建的1.5MW雙饋變流器模型，進行半實物仿真并采集高電壓穿越過程中的各項波形數(shù)據(jù)。”馮林威介紹，然后再將采集到的數(shù)據(jù)與電力系統(tǒng)全數(shù)字仿真裝置(ADPSS)建模仿真數(shù)據(jù)進行比對，同時與現(xiàn)場實際高壓穿越測試數(shù)據(jù)進行比對。根據(jù)國標要求，建模數(shù)據(jù)應與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)相吻合，以驗證現(xiàn)場測試的準確性。
經(jīng)過3個月的駐場研發(fā)和實測驗證，公司在中國民航大學電子信息與自動化學院科研團隊的支持下，圓滿完成了技改項目，風電機組各項技術指標均符合冬奧會電網(wǎng)保障要求，在冬奧會正式開始前機組全部投入正常運行。
據(jù)悉，“高電壓穿越技術改進、技術測試及風機建模”項目已得到中國合格評定國家認可委員會(CNAS)高電壓穿越能力驗證，正在推廣至國內其他風電場應用。
“作為中航大科技園孵化企業(yè)，公司將在現(xiàn)有技術基礎上大力發(fā)展儲能技術，深耕風電技術保障領域，努力成為新能源產(chǎn)業(yè)鏈的重要一環(huán)。”馮林威表示，公司還將加大力度與中國民航大學開展技術對接，在機場光伏應用、新能源電力儲備等領域開展技術推廣，服務民航新能源替代，助力中國民航綠色可持續(xù)發(fā)展。
