科技日報記者?陳?曦
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“未進行高低電壓穿越技術改造前，電網電壓一旦過壓，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，確保在復雜電網環境中也能穩定運行。
給王傳業吃下“定心丸”的是中國民航大學科技園孵化企業——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，實現張家口地區上百家風電場、數千家光伏電站成功“上網”，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。由于風力的不穩定性，風電機組經常面臨電壓突變的考驗，導致風電場風機整體解列，電網電壓波動，從而影響電網的穩定運行，嚴重時甚至會導致風電機組停止運行。
“當電網電壓發生故障驟升時，如果不加以控制，可能會造成變流器和風電機組的損壞，同時也可能對電網產生功率沖擊，造成電力系統的暫態不穩定，嚴重時可能導致局部甚至系統癱瘓。”航大世達技術總工馮林威介紹，并網型風力發電機組的故障穿越能力十分重要。當電網故障或者擾動引起風電場并網點的電壓升高時，風電機組能夠不間斷的并網運行，在必要的時候還需要對電網提供無功功率的支撐，完成電網電壓驟升到恢復正常過程的故障穿越。
為此，耿家地風電場經過調研，選定航大世達作為技術開發單位，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環境中的運行穩定性。
“實際運行的風電場中，很多因素可能導致電網電壓的驟升。”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側直接與電網相連，當電網電壓驟升時，電網側功率無法送出，功率由電網側流入變流器，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電動勢不平衡會造成波動，但是現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據。”馮林威介紹，然后再將采集到的數據與電力系統全數字仿真裝置（ADPSS）建模仿真數據進行比對，同時與現場實際高壓穿越測試數據進行比對。根據國標要求，建模數據應與現場實測數據相吻合，以驗證現場測試的準確性。
經過3個月的駐場研發和實測驗證，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保障要求，在冬奧會正式開始前機組全部投入正常運行。
據悉，“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，公司將在現有技術基礎上大力發展儲能技術，深耕風電技術保障領域，努力成為新能源產業鏈的重要一環。”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發展。
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