“未進(jìn)行高低電壓穿越技術(shù)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(fēng)電場，場長王傳業(yè)看著外面呼呼刮著的4級大風(fēng)，終于不再揪心。他說，改造后風(fēng)電機(jī)組具備高電壓穿越的能力，確保在復(fù)雜電網(wǎng)環(huán)境中也能穩(wěn)定運(yùn)行。
給王傳業(yè)吃下“定心丸”的是中國民航大學(xué)科技園孵化企業(yè)——天津航大世達(dá)航空技術(shù)有限公司(以下簡稱航大世達(dá))的“高電壓穿越技術(shù)改進(jìn)、技術(shù)測試及風(fēng)機(jī)建模”項(xiàng)目，該項(xiàng)目在2022年北京冬奧會時曾成功應(yīng)用于張北縣耿家地風(fēng)電場，如今已解決了更多電場風(fēng)電“靠天吃飯”的難題。
提升風(fēng)電高電壓穿越能力
2022年，北京冬奧會圓滿舉行，并首次實(shí)現(xiàn)奧運(yùn)歷史上全部場館的綠色電力供應(yīng)。2020年6月，張北柔直工程投入運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)張家口地區(qū)上百家風(fēng)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(fēng)電場便是其中之一。
此時一個難題擺在了大家面前。由于風(fēng)力的不穩(wěn)定性，風(fēng)電機(jī)組經(jīng)常面臨電壓突變的考驗(yàn)，導(dǎo)致風(fēng)電場風(fēng)機(jī)整體解列，電網(wǎng)電壓波動，從而影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致風(fēng)電機(jī)組停止運(yùn)行。
“當(dāng)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(fēng)電機(jī)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(yán)重時可能導(dǎo)致局部甚至系統(tǒng)癱瘓。”航大世達(dá)技術(shù)總工馮林威介紹，并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障穿越能力十分重要。當(dāng)電網(wǎng)故障或者擾動引起風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)的電壓升高時，風(fēng)電機(jī)組能夠不間斷的并網(wǎng)運(yùn)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(fù)正常過程的故障穿越。
為此，耿家地風(fēng)電場經(jīng)過調(diào)研，選定航大世達(dá)作為技術(shù)開發(fā)單位，承擔(dān)風(fēng)電場的技術(shù)改進(jìn)，為風(fēng)電機(jī)組加裝保護(hù)裝置，確保設(shè)備滿足國標(biāo)。
推廣至國內(nèi)其他風(fēng)電場應(yīng)用
為確保項(xiàng)目高質(zhì)量交付，立項(xiàng)后，航大世達(dá)技術(shù)團(tuán)隊(duì)立刻前往張北縣，在風(fēng)電場駐場3個月，從設(shè)備技術(shù)改進(jìn)和性能驗(yàn)證兩方面開展工作。
第一步就是根據(jù)技改方案進(jìn)行風(fēng)電場設(shè)備的改進(jìn)，升級變流器的Crowbar組件、4U控制器程序及主控程序，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組的高電壓穿越功能，使老舊機(jī)組具備高電壓穿越的能力，確保機(jī)組在復(fù)雜電網(wǎng)環(huán)境中的運(yùn)行穩(wěn)定性。
“實(shí)際運(yùn)行的風(fēng)電場中，很多因素可能導(dǎo)致電網(wǎng)電壓的驟升。”馮林威舉例，比如單相對地故障、 風(fēng)電場負(fù)載的突然切除、大的電容補(bǔ)償器的投入等。直驅(qū)風(fēng)電變流器的網(wǎng)側(cè)直接與電網(wǎng)相連，當(dāng)電網(wǎng)電壓驟升時，電網(wǎng)側(cè)功率無法送出，功率由電網(wǎng)側(cè)流入變流器，導(dǎo)致直流母線電壓快速升高，變流器故障停機(jī)，嚴(yán)重情況下可能因?yàn)檫^電壓毀壞功率器件。在完成電網(wǎng)電壓驟升到恢復(fù)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(shù)中并沒有有效地防止此類波動的措施。因此風(fēng)電變流器具備高電壓穿越功能是保證風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的必要措施。
完成硬件設(shè)備的改進(jìn)后，技術(shù)團(tuán)隊(duì)又進(jìn)一步對改進(jìn)后的性能進(jìn)行驗(yàn)證。“我們把核心控制器通過電纜與仿真機(jī)連接，由上位機(jī)運(yùn)行自主搭建的1.5MW雙饋?zhàn)兞髌髂Ｐ?，進(jìn)行半實(shí)物仿真并采集高電壓穿越過程中的各項(xiàng)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(jìn)行比對，同時與現(xiàn)場實(shí)際高壓穿越測試數(shù)據(jù)進(jìn)行比對。根據(jù)國標(biāo)要求，建模數(shù)據(jù)應(yīng)與現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)相吻合，以驗(yàn)證現(xiàn)場測試的準(zhǔn)確性。
經(jīng)過3個月的駐場研發(fā)和實(shí)測驗(yàn)證，公司在中國民航大學(xué)電子信息與自動化學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)的支持下，圓滿完成了技改項(xiàng)目，風(fēng)電機(jī)組各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合冬奧會電網(wǎng)保障要求，在冬奧會正式開始前機(jī)組全部投入正常運(yùn)行。
據(jù)悉，“高電壓穿越技術(shù)改進(jìn)、技術(shù)測試及風(fēng)機(jī)建模”項(xiàng)目已得到中國合格評定國家認(rèn)可委員會(CNAS)高電壓穿越能力驗(yàn)證，正在推廣至國內(nèi)其他風(fēng)電場應(yīng)用。
“作為中航大科技園孵化企業(yè)，公司將在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上大力發(fā)展儲能技術(shù)，深耕風(fēng)電技術(shù)保障領(lǐng)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(xué)開展技術(shù)對接，在機(jī)場光伏應(yīng)用、新能源電力儲備等領(lǐng)域開展技術(shù)推廣，服務(wù)民航新能源替代，助力中國民航綠色可持續(xù)發(fā)展。（記者 陳 曦）
作者：陳 曦
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