◎本报记者 陈 曦
“未进行高低电压穿越技术改造前，电网电压一旦过压，就会报故障，影响输电。”2 月 6 日，在河北省围场满族蒙古族自治县东润风电场，场长王传业看着外面呼呼刮着的 4 级大风，终于不再揪心。他说，改造后风电机组具备高电压穿越的能力，确保在复杂电网环境中也能稳定运行。
给王传业吃下“定心丸”的是中国民航大学科技园孵化企业——天津航大世达航空技术有限公司（以下简称航大世达）的“高电压穿越技术改进、技术测试及风机建模”项目，该项目在 2022 年北京冬奥会时曾成功应用于张北县耿家地风电场，如今已解决了更多电场风电“靠天吃饭”的难题。
提升风电高电压穿越能力
2022 年，北京冬奥会圆满举行，并首次实现奥运历史上全部场馆的绿色电力供应。2020 年 6 月，张北柔直工程投入运行，实现张家口地区上百家风电场、数千家光伏电站成功“上网”，为冬奥会提供清洁能源，位于张北县的耿家地风电场便是其中之一。
此时一个难题摆在了大家面前。由于风力的不稳定性，风电机组经常面临电压突变的考验，导致风电场风机整体解列，电网电压波动，从而影响电网的稳定运行，严重时甚至会导致风电机组停止运行。
“当电网电压发生故障骤升时，如果不加以控制，可能会造成变流器和风电机组的损坏，同时也可能对电网产生功率冲击，造成电力系统的暂态不稳定，严重时可能导致局部甚至系统瘫痪。”航大世达技术总工冯林威介绍，并网型风力发电机组的故障穿越能力十分重要。当电网故障或者扰动引起风电场并网点的电压升高时，风电机组能够不间断的并网运行，在必要的时候还需要对电网提供无功功率的支撑，完成电网电压骤升到恢复正常过程的故障穿越。
为此，耿家地风电场经过调研，选定航大世达作为技术开发单位，承担风电场的技术改进，为风电机组加装保护装置，确保设备满足国标。
推广至国内其他风电场应用
为确保项目高质量交付，立项后，航大世达技术团队立刻前往张北县，在风电场驻场 3 个月，从设备技术改进和性能验证两方面开展工作。
第一步就是根据技改方案进行风电场设备的改进，升级变流器的 Crowbar 组件、4U 控制器程序及主控程序，从而实现机组的高电压穿越功能，使老旧机组具备高电压穿越的能力，确保机组在复杂电网环境中的运行稳定性。
“实际运行的风电场中，很多因素可能导致电网电压的骤升。”冯林威举例，比如单相对地故障、风电场负载的突然切除、大的电容补偿器的投入等。直驱风电变流器的网侧直接与电网相连，当电网电压骤升时，电网侧功率无法送出，功率由电网侧流入变流器，导致直流母线电压快速升高，变流器故障停机，严重情况下可能因为过电压毁坏功率器件。在完成电网电压骤升到恢复正常过程的故障穿越之后，有功功率和直流母线电压由于电网电动势不平衡会造成波动，但是现有技术中并没有有效地防止此类波动的措施。因此风电变流器具备高电压穿越功能是保证风电机组稳定运行的必要措施。
完成硬件设备的改进后，技术团队又进一步对改进后的性能进行验证。“我们把核心控制器通过电缆与仿真机连接，由上位机运行自主搭建的 1.5MW 双馈变流器模型，进行半实物仿真并采集高电压穿越过程中的各项波形数据。”冯林威介绍，然后再将采集到的数据与电力系统全数字仿真装置（ADPSS）建模仿真数据进行比对，同时与现场实际高压穿越测试数据进行比对。根据国标要求，建模数据应与现场实测数据相吻合，以验证现场测试的准确性。
经过 3 个月的驻场研发和实测验证，公司在中国民航大学电子信息与自动化学院科研团队的支持下，圆满完成了技改项目，风电机组各项技术指标均符合冬奥会电网保障要求，在冬奥会正式开始前机组全部投入正常运行。
据悉，“高电压穿越技术改进、技术测试及风机建模”项目已得到中国合格评定国家认可委员会（CNAS）高电压穿越能力验证，正在推广至国内其他风电场应用。
“作为中航大科技园孵化企业，公司将在现有技术基础上大力发展储能技术，深耕风电技术保障领域，努力成为新能源产业链的重要一环。”冯林威表示，公司还将加大力度与中国民航大学开展技术对接，在机场光伏应用、新能源电力储备等领域开展技术推广，服务民航新能源替代，助力中国民航绿色可持续发展。
日期：2023 年 03 月 来源：科技日报 作者：陈 曦
