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

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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。风电场并网点电压在途中电压轮廓线及以下的区域内时，场内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，场内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：

●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范围内，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范围内。

●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

经过对变流器内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。

变流器内部电路板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范围。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-4RCU1个

2供电电路板XSO07XSO07-H1块

3电压缓冲电路板XZA180XZA180-H1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

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。程序内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。

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，