高电压穿越技术方案_联合动力_2018年

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双馈风力发电机的高电压穿越技术解析

双馈风力发电机的高电压穿越技术解析陈㊀鹏(晋能清洁能源风力发电有限责任公司)摘㊀要:近年来,随着环境和能源问题日益严峻,人们越来越关注清洁型能源的研发㊂风电是一种清洁型能源,自然受到广泛的关注㊂目前,我国风电装机容量逐年增多㊂但风电场的运行会影响整个电网系统的稳定性㊂因此,风电场十分重视双馈风力发电机高电压穿越技术㊂本文简单阐述了双馈风力发电机及高压穿越技术,然后以红石峁风电场风电机组高电压穿越改造为例,进行了技术解析㊂关键词:双馈风力发电机;低电压穿越技术;解析0㊀引言风是一种没有公害且取之不尽㊁用之不竭的能源㊂利用风力发电对于缺水㊁缺燃料以及交通不便的沿海岛屿㊁草原牧区㊁山区和高原地带具有极大的价值㊂近年来,随着风力发电技术的逐渐成熟,风电场建设越来越受到重视㊂而我国风能资源较为丰富,可开发利用的风能储量相对较大㊂加快风电项目建设,对于促进我国区域环境整治㊁能源结构调整以及经济发展方式转变等都有着十分重要的意义㊂截至2022年底,我国风电装机容量约3.7亿千瓦,在全国全口径发电设备的装机总容量的占比为14.17%㊂而随着风电装机容量在电力系统中所占比例的增大,风电场的运行对于电力系统整体的稳定性产生越来越大的影响㊂因此,电力系统对于风电场入网的要求越来越高,越来越严格,甚至还会以火电机组的标准作为要求[1]㊂具体来说,主要包括高/低电压穿越技术㊁无功控制技术以及有功功率控制技术等㊂其中,高/低电压穿越技术是当前风电机组设计和制造中最关键,同时也是最难的技术㊂1㊀双馈风力发电机及低压穿越技术概述1.1㊀双馈风力发电机概述双馈风力发电机也被称为双馈型感应发电机(Double-Fed Induction Generator),这种风力发电机不过分依赖蓄电池的容量,而是通过适当控制励磁系统的电流,确保输出的电能达到恒频的目的㊂具体来说,双馈风力发电机的结构类似于异步发电机,但不同的是该发电机在励磁上采用了交流励磁的方式,而且,双馈风力发电机的交流励磁频率是可调的㊂近年来,随着电力电子技术的发展,电力电子元器件的容量越来越大,因此,双馈风力发电机组励磁系统调节的能力也越来越强,单机容量也越来越高,在风电场中应用的范围越来越广[2]㊂但在实际运用中,双馈风力发电机由于电机定子与电网之间直接相连(见图1),如果电网电压出现任何波动,都会导致电机内部出现较为严重的电磁过渡过程,严重时甚至会造成机侧变流器的损坏㊂因此,双馈风力发电机低电压穿越技术的研究受到广泛关注㊂图1㊀同步双馈风力发电机的变速恒频发电系统图2023.06∕147㊀1.2㊀高电压穿越技术高电压穿越技术是指在风力发电机并网点电压升高时,确保风机能够保持并网,甚至向电网系统提供一定的无功功率,用以支持电网系统电压的恢复,直到电网恢复正常水准,从而帮助电网系统穿越这个高电压时间[3]㊂具体来说,当电网发生故障引起测试点电压升高时,风电机组测试点各线电压(相电压)在电压轮廓线及以下的区域内时,风电机组必须保证不脱网连续运行;否则,允许风电机组切出㊂对于在电压升高期间没有切出电网的风电机组,其有功功率在电压恢复后应快速恢复至实际风况对应的输出功率[4]㊂目前,我国针对风电场高电压穿越能力的标准见表1,运行参数要求见图2㊂表1㊀风电场高电压穿越能力的标准序号要求1风电机组具有在测试点电压升高至130%额定电压时能够保证不脱网连续运行500ms的能力2风电机组具有在测试点电压升高至125%额定电压时能够保证不脱网连续运行1s的能力3风电机组具有在测试点电压升高至120%额定电压时能够保证不脱网连续运行10s的能力4风电机组具有在测试点电压升高至110%额定电压时能够保证不脱网连续运行的能力图2㊀风电机组高电压穿越运行参数要求2㊀双馈风力发电机的高电压穿越技术解析红石峁风电场位于朔州市平鲁区,该风电场于2018年2月14日投产并网,安装60台华仪HW3/S2500(121)风力发电机组,变频器配套北京科诺伟业科技股份有限公司KN-CVT2500-DF-2型双馈风力发电变流器,41台风机变桨系统配套北京科诺伟业科技股份有限公司KN-PCS-AC125-B6-2型交流变桨系统,后备电源采用阀控铅酸蓄电池组;19台风机变桨系统配套北京天诚同创电气有限公司HW3-S2500-121型交流变桨系统,后备电源采用超级电容㊂根据‘山西风电场并网运行管理实施细则“(2021年修订版)第三章第十二条要求: 风电机组应具备电网规定要求的低电压/高电压穿越能力 ,而红石峁风电场的风力发电机组尚不能满足要求㊂具体来说,平鲁红石峁风电场的风机随着运行年限的增加,变频器的内部元器件逐渐老化,故障问题逐年增多,已经制约风机的安全运行,并严重影响到发电量㊂目前,存在的主要问题有:首先,科诺生产的KN-CVT2500-DF-2变频器在电网适应性方面较差㊂当电网发生谐振时,在谐振点附近的电流增大,会导致滤波电容过流发生烧毁的问题㊂而平鲁红石峁风电场投运至今,风机变频器滤波电容鼓包㊁漏液问题已经发生16台次,风机变频器滤波电容击穿故障发生9台次,功率单元击穿发生41台次㊂其次,根据2019年 2022年风电机组运行数据统计,变频器故障占比高,变频器故障损失电量占比高㊂最后,随着风机运行年限的增加,变频器内部元器件老化,变频器故障逐年增多,变频器备件消耗也逐年增加㊂但2019年科诺公司已逐步退出风电市场,且KN-CVT2500-DF-2变频器生产数量少,大部分备件为定制配件,采购困难㊂因此,必须予以改造㊂2.1㊀技术方案本次红石峁风电场双馈风力发电机机组高电压穿越改造涉及的子系统主要包括:主控系统㊁变流器系统㊁变桨系统㊂三个系统之间需要进行信息的交互,并接受主控系统的动作指令及其他命令,且必须与主机的其他设备程序相匹配㊂此外,在改造完成后,还需要进行整机安全性测试㊂2.2㊀实施主要内容第一,对风机中不满足要求的硬件进行更换;第二,升级匹配各控制系统;第三,软件程序及参数改造;第四,20台科诺变桨系统风机超级电容改造㊂148㊀∕2023.06具体来说,首先是对硬件进行改造,主要包括:配合科诺变桨系统高穿改造,在机舱控制柜侧板增加1个变桨系统供电接触器和1个继电器㊂其次,针对软件进行改造,主要包括:1)在主控软件中增加高电压穿越标志位和相应高电压穿越参数;2)在主控软件中修改变桨系统的通信和控制内容,增加与超级电容对应的故障逻辑;3)在SCADA软件中添加变桨系统的相关显示及状态和故障点表,兼容原界面;4)其他如集控㊁远动通信等需做出与整改相关的修改㊂再次,对变流器系统进行改造,主要改造的内容包括:对科诺变流器的控制策略和部分参数进行优化,对变流器的软件进行升级,满足高电压穿越能力㊂最后,对科诺变桨系统进行改造㊂改造的内容主要包括1)LC-WTP127R2T型号的变桨蓄电池更换为超级电容;2)YA500-360C型号的变桨充电机更换为与超级电容匹配的充电机;3)科诺变桨系统软件的高穿控制逻辑和参数进行更新㊂2.3㊀具体技术解析首先,增加直流斩波耗能装置㊂为了确保双馈风力发电机组的良好运行,防止在电网电压骤然上升时出现不良影响,可以在直流回路上增加直流斩波耗能装置[5]㊂在实际运行中,通过增加该装置,可以在该装置及其组件的支持下,充分发挥出组件中电力电子元件的作用,从而有效抑制直流电压,实现双馈风力发电机组的高电压穿越,使其能够满足风力发电机组的安全运行需要㊂其次,增加静止同步补偿器或动态电压恢复器㊂在双馈风力发电机组运行的过程中,应根据电网的实际运行情况,适当增加静止同步补偿器,或者是设置动态电压恢复器[6]㊂在实际操作中,通过设置动态电压恢复器,在电网发生故障时,可以补偿电压差值,进而维持电压的稳定可靠㊂而设置静止同步补偿器,能有效控制注入电网的无功电流,确保电网电压的下降㊂3㊀结束语通过对红石峁风电场双馈风力发电机机组高电压穿越改造,首先实现了机组能够满足高穿的要求㊂HW3/S2500(121)风力发电机组通过高电压穿越改造后,机组具备高电压穿越能力,满足电网要求㊂其次,有效降低了风电场机组运维成本㊂通过将变桨系统后备电源替代为超级电容,由于超级电容超长寿命的优点,可实现10年内不需更换,其间可降低变桨蓄电池更换费用200万元(蓄电池更换费用2万元/台/次,10年更换5次变桨蓄电池,20台风机科诺变桨蓄电池更换费用合计200万元)㊂最后,显著提高了风力发电机组运行的安全性㊂变桨系统后备电源铅酸蓄电池替代为超级电容后,解决了铅酸蓄电池使用寿命短,故障率较高,稳定性和安全性差的劣势弊端,有效解决了科诺变桨系统后备电源隐患,提高了供电质量,更好地满足了用电的需求㊂参考文献[1]㊀刘引弟.双馈风机综合保护的低电压穿越仿真研究[J].价值工程,2022,41(23):98-100.[2]㊀杨琦,李岚,赵荣理,等.基于模糊控制虚拟电阻的双馈风力发电机低电压穿越励磁控制[J].电力电容器与无功补偿,2020,41(2):164-169. [3]㊀姜惠兰,王绍辉,贾燕琪,等.基于定子电流微分前馈控制的双馈异步风力发电机低电压穿越复合控制策略[J].高电压技术,2021,338(1):213-219.[4]㊀鲜龙,王晓兰,张晓英,等.基于新型转子撬棒的双馈风电机组低电压穿越技术[J].自动化与仪器仪表,2020(3):31-34,38.[5]㊀兰建西,信赢,魏子镪,等.基于磁屏蔽型超导限流器的双馈感应风力发电机低电压穿越[J].电力系统及其自动化学报,2020,193(2):19-26. [6]㊀董鹏程,华青松,张洪伟,等.双馈异步风力发电机组电网故障穿越技术研究[J].青岛大学学报(工程技术版),2018(1):5-9,20.(收稿日期:2023-04-26)2023.06∕149㊀。

UP系列1.5MW风机整机低电压穿越功能实现方案-2.6

UP系列1.5MW双馈式风力发电机组低电压穿越功能实现方案国电联合动力技术有限公司风电设备技术研究所UP系列1.5MW双馈式风力发电机组低电压穿越功能实现方案1.低电压穿越的背景及意义1.1 低电压穿越的背景近年来，变速恒频风力发电技术在兆瓦级以上风力发电机的应用成为研究热点，在新安装的变速恒频风力发电机中，双馈感应发电机（DFIG）占到很大的比重，它使用双PWM变流器控制双馈感应发电机的励磁电流，一方面由于双馈感应发电机转子和定子间的电磁关系，变流器只需供给转差功率就可以调节风力发电机的转速，实现了对风能的最大捕获，大大减少了变速风力发电系统变流器的额定容量；另一方面，发电系统可以通过改变励磁电流的幅值和相位实现独立调节发电机输出的有功、无功功率，这可以保证风力发电厂运行与单位功率因数，减小电力系统的损耗。

另外也可以按照风场的要求来发出一定容量的有功和无功功率的容量。

双馈感应式变速恒频风力发电技术可以提高风能捕获能力和转换效率，改善并优化风力发电机组的运行条件，使得发电机组与电力系统之间能实现良好的柔性连接，便于实现并网操作，是一种优化的具有良好应用前景的风力发电解决方案。

但是真是因为DFIG风力发电系统使用了小容量变流器，因此减弱了DFIG系统抵御电网电压跌落的能力。

国内外进行的一些研究表明，当电网电压跌落到一定数值时，如果不加任何处理措施，DFIG系统将切出电网。

因此，需要研究在电网电压故障下如何使DFIG风力发电系统能够保持和电网的连接，并且能够对电网提供支撑来提高电力系统的稳定性。

1.2 风电机组低电压穿越的概念当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在一定电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行。

英文简称名称LVRT（Low V oltage Ride Through），该定义摘自《国家电网公司风电场接入电网技术规定（修订版）2009年2月》第3.8节。

1.3 风电机组低电压穿越对风电机组各设备的要求风电机组的低电压穿越对风电机组各设备有特殊的要求。

一种新能源机组高电压穿越方法及系统[发明专利]

专利名称：一种新能源机组高电压穿越方法及系统专利类型：发明专利
发明人：邹欣,李晖,耿华,赵晟凯,李俊霖,傅诗琪,盖振宇申请号：CN202010755993.9
申请日：20200731
公开号：CN111884256A
公开日：
20201103
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种新能源机组高电压穿越方法及系统，其包括：实时检测风电场并网点电压，根据该电压和风机变流器直流侧电容的运行电压值计算出过电压判据；由风电场并网点电压与过电压判据的关系确定风机运行模式，根据风机运行模式实现电网宽范围过电压期间风电机组的高电压穿越。

本发明能够根据过电压不同的深浅程度，自动切换控制模式，并自动选择是否投运集中式SVG，从而实现电网宽范围过电压期间风电机组的高电压穿越，以满足日益严格的风电并网导则对机组高电压穿越能力的要求。

申请人：国网经济技术研究院有限公司,清华大学,国网河北省电力有限公司
地址：102209 北京市昌平区北七家未来科技城北区国家电网公司办公区
国籍：CN
代理机构：北京纪凯知识产权代理有限公司
代理人：孙楠
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高电压穿越技术方案 - 联合动力 - 2018年

项目号Project No. KH201725 文件编号 Document No. 2017JS002-11-043版次Revision No. D 存档号Archive No.2017107国电联合动力技术有限公司GUODIAN UNITEDPOWER TECHNOLOGY COMPANY LTD.联合动力 1.5MW 双馈式风力发电机组高电压穿越改造技术方案密级Classification 总页数Number of Pages绝密Top-secret机密Confidential秘密Secret内部公开Internal21本文件包含一切信息的知识产权属于国电联合动力技术有限公司，其他任何单位不得随意使用。

THIS DOCUMENT CONTAINS CONFIDENTIAL AND PROPRIETARY INFORMATION OWNED BY THE GUODIAN UNITEDPOWER TECHNOLOGY Co., LTD.版次变更记录Revision Summary目录1、高电压穿越相关技术规定 (4)1.1 风电机组高电压穿越的概念 (4)1.2 基本要求 (4)2 高电压穿越功能实现过程及硬/软件升级 (5)2.1 变流器 (5)2.1.1日立变流器整改方案 (5)2.1.2 ABB变流器整改方案 (11)2.1.3 龙源科弗德变流器整改方案： (13)2.2 主控系统 (18)2.3 变桨系统 (19)2.3.1 硬件部分整改（仅适用于能建/SSB/MOOG变桨系统） (19)2.3.2 软件部分整改（适用于所有变桨系统） (20)1、高电压穿越相关技术规定1.1 风电机组高电压穿越的概念当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压升高时，在一定电压升高的范围内，风电机组能够保持不间断并网运行一段时间，英文简称名称HVRT（High Voltage Ride Through）。

1.2 基本要求根据《风力发电机组故障穿越能力测试规程》（送审稿），对风电机组高电压穿越能力做出了如下具体技术规定：图1 为对风电场的高电压穿越要求。

高电压穿越技术方案 - 联合动力 - 2018年

风力发电高电压穿越控制方法

风力发电高电压穿越控制方法摘要：在风力发电工作中，确保机组设备运行安全，提高发电质量与效率，需要对高电压的幅值进行合理控制，正确采用高电压穿越控制方法，如果配网的电压参数突然骤升，就可以运用该方法进行合理控制，同时，通过构建电子磁链状态模型来计算电网系统测电压的上升参数，结合实际情况，对节流器的运行参数予以合理调节，维持配网侧电压产生功率和感性无功功率的一致性。

另外，需要同步发挥远程测控技术、传感器技术、虚拟仪器技术、滤波器和电子系统保护技术的作用，这样有助于确保风力发电机组设备运行安全。

本文将简单分析风力发电高电压穿越控制方法，希望能为风力发电工作提供借鉴。

关键词：风力发电；高电压；穿越；控制方法在风力发电高电压穿越控制过程中，需要合理设计控制方法，建立定子磁链状态模型，对电压参数的变化进行精确监测和计算。

其次，要创建良好的电压测试环境，获取精确的参数。

再次，要运用远程测控技术、传感器技术、虚拟仪器技术、滤波器和电子系统保护技术能够对风力机组设备的运行状态进行全面测控。

一、建立定子磁链状态模型做好风力发电高电压穿越控制工作，首先要建立好定子磁链状态模型，运用该模型来计算风力发电高电压变化幅值，做好电压参数的动态监测工作，充分确保配网输出电压的安全性与稳定性。

不可忽视的是，运行区间不同，变流器的运行处于相对动态，电网交互的有功状态和无功功率状态也各不相同[1]。

因而，在模型监测和计算过程中，需要兼顾这些差异，掌握变流器的具体运行状态，结合整流状态与逆变状态的差异，准确计算电压参数和电网传输功率。

二、创建良好的电压测试环境准确了解风力发电高电压穿越情况，理应创建良好的电压测试环境，获取精确的运行参数。

某风电场在风力发电高电压穿越控制工作中，选用的测试环境最大风速是15.5m/s，最低风速是12m/s，均为风力发电机组设备相对应的风速。

最终获取的额定功率是1250MW，额定频率是400Hz，额定母线电压是10kV，直流侧额定电压是10kV，变流器阈值电压是36V，定子阻值是0.0085pu，转子阻值是0.006pu，定子等效电感是0.165pu，转子等效电感是0.15pu，互感参数为2.06[2]。

风机实现高电压穿越能力的方案Plan of HVRT-V1(DEW)

风机高电压穿越能力实现计划The plan to fulfill the wind turbine high voltage ride through capability1.双馈机组DFIG涉及部件：变流器，发电机，主控，变桨，各辅助用电设备（风扇、泵等）信号交互：双馈机组需要变流器和主控信号交互，需要强制收桨需考虑情形：单独高穿，低穿后高穿需做测试：厂内测试，张北测试Components under concern: converter, generator, WTC, pitch, auxiliary electrical equipment (fan, pump etc.)Communication: For DFIG, communication between converter and WTC is needed, pitch angle control is neededScenario to be considered: HVRT only, HVRT following LVRTTests to be done: factory test, Zhangbei test2.直驱机组DD涉及部件：变流器，主控，变桨，各辅助用电设备（风扇、泵等）信号交互：直驱机组不需要变流器和主控信号交互，不需要强制收桨需考虑情形：单独高穿，低穿后高穿需做测试：厂内测试，张北测试Components under concern: converter, WTC, pitch, auxiliary electrical equipment (fan, pump etc.)Communication:For DD, no need of communication between converter and WTC, no need of pitch angle controlScenario to be considered: HVRT only, HVRT following LVRTTests to be done: factory test, Zhangbei test测试。

双馈机组高电压穿越技术研究

双馈机组高电压穿越技术研究摘要：随着风电机组并网比例的增加，尤其是电网相对薄弱的地区，风机在电网故障时刻的稳定性成为局部电网能否快速恢复的关键，而现今低电压穿越技术（LVRT）被广泛关注并应用，而高电压穿越（HVRT）还未引起足够重视，随着风电进一步发展，电网公司必然会完善入网导则，增加对风电机组高电压穿越的要求。

本文首先对高电压穿越现有要求进行描述，然后基于双馈机组原理给出相应的硬件技术方案，并分析该技术方案的经济性和可行性。

关键词：双馈、HVRT、高电压穿越、DC chopper1 引言近年来由于风电比例大幅提高，风电机组的故障穿越能力越来越受到国内外电网公司的重视。

而我国发生的几次大规模的风机脱网事故也表明，在电网低电压穿越恢复阶段，由于大量无功发生装置的作用导致在高压侧可能会发生过电压，而且风场负载的突减、大容量电容器的投入也均会引起电网电压的骤升，从而导致风机大面积脱网。

为了提高电网运行的稳定性，高电压穿越导则迫在眉睫，国内现在还没有具体的施行标准，但借鉴国外经验此导则典型的制定原则包括：①发电厂须在该电压边界内不发生脱网；②在该电压边界范围内发电厂不应对电网系统电压维持能力有不利影响；③要求风电厂附加动态无功补偿设备。

2 HVRT要求及技术规范为应对未来可能出现的高电压穿越事故，现在电网研究院已经制定了一份初步的高电压穿越技术标准，其电压标幺值包络线如图1，其具体要求如下。

（1）在测试点电压为130%额定电压时能够保证不脱网连续运行200ms；（2）在测试点电压为125%额定电压时能够保证不脱网连续运行1000ms；（3）在测试点电压为120%额定电压时能够保证不脱网连续运行2000ms；（4）在测试点电压为115%额定电压时能够保证不脱网连续运行10s；（5）在测试点电压为110%额定电压时能够保证不脱网连续运行的能力。

图1 风电机组高电压测试包络线3 高电压对双馈机组影响3.1 高电压穿越与低电压穿越的区别对于双馈机组来说，在电网发生高低电压故障时，最直接的表现就是变频器的直流侧电压骤升，然而两种不同的电网故障导致直流电压抬升的机理是不同的。

风力发电高电压穿越控制方法

风力发电高电压穿越控制方法摘要：风力发电机组的故障穿越能力是国内外都十分关注的重点，其中低电压穿越技术已经日趋成熟并逐渐应用到实际的风电场运行中。

由于风力发电机组所在的电网存在无功过剩以及无功补偿装置投切迟滞等问题，导致风力发电机组中存在高压脱网问题。

为保障风力发电机组稳定运行，必须加强风力发电机组高电压穿越技术的研究力度，进一步提升风力发电机性能，尤其是风力发电机组的高电压穿越能力。

关键词：风力发电机；高压电；穿越技术引言近年来，随着对环境保护的有关政策措施不断加强，以新能源为基础的发电方式开始受到越来越多的关注。

随着配电网中风电并网比例的不断提高，对电网运行的稳定性和安全性提出了更高的要求。

在此基础上，为了保障电力系统能够实现稳态运行，部分国家和地区相继出台了关于风电并网的行为规范。

其中，为了能够实现对异常风电电压故障的有效防御，对电压穿越能力进行了明确要求。

对电压穿越能力进行细化分析，其可以分为低电压穿越和高电压穿越2种。

在电压发展初期，低压是困扰配电网运行状态的主要问题，因此对其有关研究开展较早，在长期的研究过程中，大部分问题已经能够得到有效解决。

但是随着近年来配电网环境的不断发展，风电高电压问题表现得越来越突出。

本文提出风力发电高电压穿越控制方法，并通过试验分析验证了设计方法在实际情况中的应用效果。

1双馈风电机组低电压穿越技术必要性对风电并网进行研究的过程中，需要立足于我国的实际情况。

虽然我国的风能资源是非常丰富的，但分布不均匀，我国的陆地风能大多集中在陕北地区及一些东南沿海地区。

我国的风电场早期大多建立在三北地区。

我国的发达地区大多集中在东南沿海地区，导致了电网与负荷的中心距离较远。

基于此，在发展风电的过程中，输送的稳定性时常受到一定程度的影响。

为了能够确保电网的稳定运行，我国对于一些大型的风电场提出了符合安全运行的并网规范，比如对风电机组在低电压穿越时的运行能力以及波形畸变程度等作出了规定。

风电机组高电压穿越技术研究及现场实测

风电机组高电压穿越技术研究及现场实测发布时间：2021-05-18T02:49:38.750Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第2期作者：陈立朔[导读] 若新能源场站发电机组不具备高电压穿越能力，势必将引起大规模的新能源场站脱网事故。

山东泰开电力建设工程有限公司山东省泰安市 271000摘要：在风力发电应用的过程中需要对周围的环境以及工程的运行状态进行实时的考察、审核。

同时，对于工程的施工建设材料也提出了较高的要求。

通过严格的发电设计标准，提高对电器的控制力度，减少各种外界因素的不良影响，确保发电机组的安全稳定运行。

然而，风力发电机组运行的时候，仍然会出现一些安全事故问题。

针对于这些安全事故，为了有效的避免，还需要从安全技术方面着手，保障发电机组的使用效率。

关键词：风电机组；高电压；穿越技术引言直流输电工程投运之初，其送端无配套电源投产，电压支撑能力弱，仿真分析与实测结果均表明，在直流换相失败等故障下，存在近区风电暂态过电压脱网问题，且风电出力越大，暂态过压越严重，直流输电能力大幅受限。

同时，特高压直流跨区送电工程运行可能发生换相失败或闭锁故障，故障期间未及时退出的滤波器会向电网注入大量无功，造成送端换流站近区暂态电压升高，若新能源场站发电机组不具备高电压穿越能力，势必将引起大规模的新能源场站脱网事故。

1风力发电机组的概述对于风力发电机组的运行需要借助风力能源，通过方能推动风轮的转动，从而实现机械能向电能的转化。

利用电机的持续旋转电机的机械能量可以逐步的转化为生产、生活所需的电力能源，这就是风力发电机组的重要工作原电能不能产生之后，需要通过变压器的作用将电能输送到国家电网，这样可以为生活生产提供有力的电力能源支持。

风力发电机组主要通过的是并网运行的方法，具体的控制措施存在两个方面:恒速恒频控制方法以及变速恒频控制方法，这两种不同的方法下，电能的频率会处于一个相同的状态。

随着我国科技技术水平的不断提高，风电技术也在不断地创新完善。

高电压穿越技术方案-联合动力

项目号Project No. KH201725 文件编号 Document No. 2017JS002-11-043版次Revision No. D 存档号Archive No.2017107国电联合动力技术GUODIAN UNITEDPOWER TECHNOLOGY COMPANY LTD.联合动力 1.5MW 双馈式风力发电机组高电压穿越改造技术方案密级Classification 总页数Number of Pages绝密T op-secret机密Confidential秘密S ecret内部公开Internal21本文件包含一切信息的知识产权属于国电联合动力技术有限公司，其他任何单位不得随意使用。

THIS DOCUMENT CONTAINS CONFIDENTIAL AND PROPRIETARY INFORMATION OWNED BY THE GUODIAN UNITEDPOWER TECHNOLOGY Co., LTD.版次变更记录Revision Summary目录1、高电压穿越相关技术规定 (4)1.1 风电机组高电压穿越的概念 (4)1.2 基本要求 (4)2 高电压穿越功能实现过程及硬/软件升级 (5)2.1 变流器 (5)2.1.1日立变流器整改方案 (5)2.1.2 ABB变流器整改方案 (10)2.1.3 龙源科弗德变流器整改方案： (13)2.2 主控系统 (18)2.3 变桨系统 (19)2.3.1 硬件部分整改（仅适用于能建/SSB/MOOG变桨系统） (19)2.3.2 软件部分整改（适用于所有变桨系统） (19)1、高电压穿越相关技术规定1.1 风电机组高电压穿越的概念当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压升高时，在一定电压升高的围，风电机组能够保持不间断并网运行一段时间，英文简称名称HVRT（High Voltage Ride Through）。

风力发电机组高电压穿越技术研究

风力发电机组高电压穿越技术研究摘要：面向风力发电技术在全世界范围内不断的发展和创新下，有关风电装机总量的需求数目也在逐年上升，风电接入电网后与其他电网之间产生着相互影响的作用，这样的影响作用已经无法被忽视，在产生多种风电系统电网故障的影响下，整个运行的控制流程将会直接影响到电网的整体安全运行。

对此，本文就将针对风力发电机组高电压穿越技术进行详细的讨论和研究，良好的利用风力发电机组高电压穿越技术，能够降低风力发电技术变形流程当中的风险问题，为整体的工作运行带来稳定性和安全性。

关键词：风力发电；高电压穿越技术；研究引言目前伴随着国家科技的不断进步和发展，我国的风力发电技术已经应用扩散在各个领域。

但对于风力发电来说，相关研究表明在集中于风电机组的运行条件下容易产生一些故障影响，而这些故障所采取的解决方案就是在风力发电机组当中进行高电压穿越技术的应用。

目前，所有的研究都集中于风电机组出现故障时，在运行极低的条件下，以低电压穿越技术进行维护，这种电机组高电压穿越技术在其他国家已经逐步盛行，以国家电网标准为要求，风电机组当中一定要具备高电压穿越能力，而风力发电机组高电压穿越技术也成为了当下被关注的重点。

1高电压穿越的含义何为高电压穿越？高电压穿越是指在电压超过特定额定的电压数值时，即使在挂网设备当中也能够稳定运行而不产生脱网运行的现象，并在稳定运行的过程当中为整体的系统工作流程带来稳定性的故障恢复，并将电流进行稳定的输送。

而与高电压穿越相似的则是低电压穿越，面向我国的低电压穿越来说已经有了国标，但对于高电压穿越目前在我国尚无任何国家规定的应用标准。

2风力发电机组故障脱网现象伴随着当前风电装机的迅速增长模式，风电在大规模的集中接入情况上，在不同地区产生了接入风机大面积脱网的问题。

据相关数据的调查显示，在某个地区发生风机大规模脱网现象的次数就高达三次以上，追其原因大多相似，都是由于电缆头故障而引发的电网电压脱落，最终导致了部分风机出现脱网的现象，出力部分损失造成了风机与主变压器和箱式变压器之间的工作效率下降，而相应的网内补偿装置调节器在功能补偿和运行的补救过程当中反应速度过慢，使电网电压持续升高，超过了风机变压器保护数值，引发了大规模的二次风机脱网现象。

基于动态PI调节器的双馈变流器高电压穿越方案

基于动态PI调节器的双馈变流器高电压穿越方案
赵宇
【期刊名称】《自动化技术与应用》
【年(卷),期】2015(034)011
【摘要】根据电网高电压突变工况,分析了网侧与机侧变流器的数学模型,提出一种新型的双馈变流器高电压穿越技术方案.对于网侧变流器,通过对电压矢量三角形的分析得到网侧无功电流补偿分量.对于机侧变流器,根据转子电流动态调节PI调节器参数,达到暂态过程中P1迅速调节过电流的效果,降低器件的过压水平,实现不脱网运行.仿真研究与样机测试表明,本文的方案比同定PI方案具有更好的动态响应效果,满足双馈变流器的高电压穿越技术要求.
【总页数】6页(P66-70,74)
【作者】赵宇
【作者单位】许继柔性输电系统公司,河南许昌461000
【正文语种】中文
【中图分类】TM761
【相关文献】
1.基于转子基波电压协同输出控制的r双馈变流器高电压穿越策略 [J], 蒋耀生;刘连根;李圣清;徐凤星
2.一种实用的双馈风电机组高电压穿越方案 [J], 瞿兴鸿;孙素娟;陶婧娴
3.自适应 PI 控制的双馈变流器高电压穿越工况研究 [J], 韩永豪;聂满仓
4.双馈风电机组高电压穿越性能实现方案探讨 [J], 常静;黄家栋;白恺;宋鹏;王嘉庚
5.基于模糊PI调节器的双馈风力发电机转速观测器设计 [J], 冉华军;牟书丹;李健因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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项目号Project No. KH201725 文件编号 Document No. 2017JS002-11-043版次Revision No. D 存档号Archive No.2017107国电联合动力技术GUODIAN UNITEDPOWER TECHNOLOGY COMPANY LTD.联合动力 1.5MW 双馈式风力发电机组高电压穿越改造技术方案密级Classification 总页数Number of Pages21本文件包含一切信息的知识产权属于国电联合动力技术有限公司，其他任何单位不得随意使用。

THIS DOCUMENT CONTAINS CONFIDENTIAL AND PROPRIETARY INFORMATION OWNED BY THE GUODIAN UNITEDPOWER TECHNOLOGY Co., LTD.版次变更记录Revision Summary目录1、高电压穿越相关技术规定 (4)1.1 风电机组高电压穿越的概念 (4)1.2 基本要求 (4)2 高电压穿越功能实现过程及硬/软件升级 (5)2.1 变流器 (5)2.1.1日立变流器整改方案 (5)2.1.2 ABB变流器整改方案 (10)2.1.3 龙源科弗德变流器整改方案： (13)2.2 主控系统 (17)2.3 变桨系统 (18)2.3.1 硬件部分整改（仅适用于能建/SSB/MOOG变桨系统） (18)2.3.2 软件部分整改（适用于所有变桨系统） (19)1、高电压穿越相关技术规定1.1 风电机组高电压穿越的概念当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压升高时，在一定电压升高的围，风电机组能够保持不间断并网运行一段时间，英文简称名称HVRT（High Voltage Ride Through）。

风电场并网点电压在途中电压轮廓线及以下的区域时，场风电机组必须保证不间断并网运行；并网点电压在图中电压轮廓线以上时，场风电机组允许从电网切除。

图1 国家标准（送审稿）高电压穿越要求规定的风电场高电压穿越要求如表1：并网点工频电压值p.u. 运行时间1.00＜U T≤1.10 正常运行1.10＜U T≤1.20具有每次运行10s能力1.20＜U T≤1.25具有每次运行1s能力●有功输出：在电压升高时刻及电压恢复正常时刻，有功功率波动幅值应在±50%Pn围，波动时间不大于80ms；在电压升高期间，输出有功功率波动幅值应在±5%Pn围。

●动态无功支撑能力：ITL≥1.5×（UT-1.1）In，（1.1≤UT≤1.3）。

2 高电压穿越功能实现过程及硬/软件升级全面评估机组电气元器件的耐压等级后，机组高电压穿越功能实施需对以下元器件进行升级改造。

2.1 变流器电网电压的骤升( 对称和非对称骤升) 会导致风电机组定子磁链的大幅振荡。

当并网点电压发生对称或不对称骤升故障时，转子电压的构成、幅值将发生巨大变化。

这是由于电压骤升发生后DFIG 定子磁链不能突变，必然会在故障瞬间感生出一个抵制磁链突变的直流或负序分量，进而引起转子侧过电流、过电压，最终会危害转子侧变流器。

由于电力电子器件、变流器和直流母线电容对过电压和过电流的承受能力有限，因此，当电压骤升引起电压或电流过高时，风机出于自我保护自动脱离电网。

为保证过电压期间，变流器能按照表1中的规定平稳正常运行，需要做的整改升级如下：2.1.1日立变流器整改方案（1）硬件部分整改经过对变流器部器件进行评估发现，变流器控制回路供电用接触器(88C）配套的浪涌保护器耐压不足，需要更换，目前浪涌保护器的型号为LAD-4VU。

当峰值电压超过1.2倍时启动保护。

如果浪涌保护器动作会引起变流器故障停机。

更换的型号为，LAD-4RCU最高限制电压为2Uc,满足要求。

变流器部电路板XSO07(110V供电电源板）由于耐压不足，需要更换，另外变流器转子侧crowbar单元回路电压缓冲板（XZA180）耐压不足，需更换。

早期风场风扇采用的是EBM品牌，该款风扇具有过压保护功能，在过压1.3倍时可能会出现停机保护，因此会涉及对电源回路进行降压处理来保证风扇电压不超过保护电压围。

除此之外，由于风场电网条件以及测试设备的情况不同，在实际测试过程可能会涉及到其他部件的变更。

改造所需清单如下表：序号需更换器件名称更换后器件名称数量1 浪涌保护器LAD-4VU 浪涌保护器LAD-4RCU 1个2 供电电路板XSO07 XSO07-H 1块3 电压缓冲电路板XZA180 XZA180-H 1块具体更换位置如图2、图3所示：图2 XSO07更换位置图3 XZA180更换位置（2）软件部分整改及控制策略说明修改变流器的参数，修改项见表2所示。

表2 参数修改列表CPU 参数号参数名称变更值 CPU3 NO.127 PSS_OVRT_V1 9421 CPU3 NO.128 PSS_OVRT_V2 9830 CPU3 NO.129 PSS_OVRT_T1 15300 CPU3 NO.130PSS_OVRT_T2400同时，升级变频器控制策略，刷新程序：高电压穿越变频器控制策略说明：变流器通过硬件采样回路将一系列模拟信号传入控制器，从而获得电网电压等信息，并根据电网电压有效值判断是否发生电网电压高故障。

程序部根据电压情况将电网电压分为5个状态，图4为高电压状态机管理。

highVoltStateWord=1(上升中)highVoltStateWord=0(正常)highVoltStateWord=2(上升至稳定)highVoltStateWord=3(恢复中)highVoltStateWord=4(恢复到稳定)图4 高电压状态机管理根据实时电压采样，采用高电压状态机，将电网电压分为以下5个状态：highVoltStateWord 0 电网电压正常highVoltStateWord 1 电网电压发生上升，还没有上升至稳定highVoltStateWord 2 电网电压上升到稳定highVoltStateWord 3 电网电压开始恢复，还没有稳定到稳定highVoltStateWord 4 电网电压恢复至稳定根据电压状态字highVoltStateWord的值来区分电网电压不同状态，从而采取不同的控制策。

当高电压状态字为0时，即电网电压处于稳态，此时通过通讯接收主控下发的并网、脱网、转矩万分比给定等指令，并执行主控下发的命令。

如果变流器处于并网发电状态，通过转矩给定与发电机当时转速，折算出需要发出的功率，并通过功率环-电流环最终对转子侧电流进行控制，从而控制变流器发出的总功率。

如果判断电网电压发生上升，高电压状态字从0跳到1，即变流器进入高穿状态，此时变流器相应的动作有：(a)将变流器正处于高穿状态标志位置1，并通过通讯通知主控(b)变流器计算功率值，控制网侧和机侧IGBT模块，控制变流器有功控制，并开始启动感性无功分抵控制。

(c)对电网电压正序分量，负序分量计算，并判断电网电压是否上升至稳定(d)根据直流母线电压是否超过1200V，决定chopper回路是否动作。

(e)检测电网电压超过最高设定值、直流母线电压超过1300V，启动CROWBAR回路，立即脱网，保证系统安全高穿时变流器与主控通过通讯将高穿信号传递给主控，如图5：图5 通过通讯将HVRT信号传递给主控等到电压正序负序分量都已经稳定时，高电压状态字从1状态跳转到2状态。

进入电压2状态后的动作有：(a)维持网侧和机侧IGBT模块有功额定控制，保证变流器有功和无功的控制输出，无功输出可以抵抗一部分过压(b)根据直流母线电压，决定chopper回路是否动作。

(c)检测电网电压、直流母线电压，若电压过高，立即脱网，保证系统安全故障清除后的恢复电网恢复的判断标准：实时的检测电网电压，根据有效值进行判断电网电压是否已经恢复当判断电网电压开始恢复时，高电压状态字从2状态跳转到3状态，此时的动作有：(a)控制网侧和机侧IGBT模块有功输出，停止变流器无功控制(b)判断电网电压真的恢复正常(跳转到4状态)，还是再次上升(跳转到1状态)(c)根据直流电压状况，决定chopper回路是否动作。

(d)检测电网电压、直流母线电压，若电压过高，立即脱网，保证系统安全在高电压状态字在3状态如果判断为真的恢复正常，电压状态字从3状态跳转到4状态(注：电压4状态为过渡状态，一般持续200ms，和电压0状态控制策略一致)，此时的动作有：(a)保持有功输出控制(b)根据直流母线电压，决定chopper回路是否动作在电压4状态持续200ms后，高电压状态字从4状态跳转至0状态，此时动作有：(a)恢复有功控制，并以不低于10％额定功率/秒的功率变化率恢复至故障前的值(b)将变流器正处于高穿状态标志位置0，并通过通讯通知主控高穿已经恢复控制框图:图 6 日立控制框图2.1.2 ABB变流器整改方案（1）硬件部分整改网侧电压测量板（单台改造需要数量：1）NAMU测量上限为841V(1.22*690)，标准中网侧电压最高至1.3倍额定电压，因此要满足标准需更换测量围更大的测量板。

模块直流电压测量板（单台改造需要数量：3）现在模块使用的AINT-14，其直流最大测量为1249.3V。

在1.3倍高电压的情况下，直流在AINT-14的测量围的临界值，因此要满足标准需更换测量围更大的测量板。

风扇控制板（单台改造需要数量：3）AFPS-11板更换为AFPS-61Chopper（斩波）组件（单台改造需要数量：1）为避免较大的有功/无功波动，根据风场实际情况，可能需要增加Chopper 组件。

（2）软件部分整改及控制策略说明软件部分的升级：1、ABB变流器ISU软件升级到AJXC2370; ABB变流器INU软件升级到IWXR74002、修改ISU/INU侧部分参数高电压穿越ABB变频器控制流程：图7 ABB控制流程ISU/INU 无功支撑曲线：图8 INU 无功支撑曲线图9 ISU 无功支撑曲线2.1.3 龙源科弗德变流器整改方案：针对科孚德变流器现状，提出了以下改造方案，并通过Matlab仿真与硬件在环实验验证。

现有结构评估：表3 评估结果需改造部件分析：1、原Crowbar组件为被动式保护，转子过流触发Crowbar后不可以恢复，不能适应高穿要求。

通过仿真和硬件在环实验的数据分析，在低高穿连锁故障发生后，仅靠机侧封锁脉冲不能将机侧电流限制在安全围，此时需要投入主动式Crowbar来泄放多余能量，保护机侧桥路不过流。