高电压穿越技术方案-联合动力-2024年

高电压穿越技术方案---联合动力---2024年一、引言随着可再生能源在电力系统中的占比不断增加，风电作为其中的重要组成部分，其安全稳定运行对于电力系统的可靠性至关重要。高电压穿越（HVRT）能力是风力发电机组在电网故障期间保持并网运行并向电网提供一定无功支持的关键性能指标。联合动力在风电领域不断发展，为适应电力系统发展需求，制定本高电压穿越技术方案，以提升旗下风力发电机组的高电压穿越能力。二、技术背景（一）电网故障对风电的影响在电网发生故障时，如短路等情况，电网电压会迅速跌落。传统的风力发电机组可能无法在低电压下稳定运行，容易导致脱网，这不仅影响了可再生能源的有效利用，还可能对电力系统的稳定性造成冲击。（二）高电压穿越的重要性具备高电压穿越能力的风力发电机组能够在电网故障期间维持连接，持续向电网输送有功功率，并提供无功支持，帮助电网快速恢复电压稳定，保障电力系统的可靠运行，促进风电在电力系统中的大规模应用。三、联合动力风力发电机组现状分析（一）现有机组的基本参数联合动力目前拥有多种型号的风力发电机组，其单机容量从[X]MW到[X]MW不等。这些机组在额定工况下具有较高的发电效率，但在高电压穿越方面的性能存在一定差异。（二）高电压穿越能力评估通过对现有机组在模拟电网故障情况下的测试，发现部分机组在电压跌落深度、持续时间等方面的表现未能完全满足相关标准要求。主要问题包括：1.在深度电压跌落时，转子侧变流器控制策略不够灵活，导致电磁转矩波动较大，影响机组的稳定性。2.无功补偿能力有限，不能及时有效地向电网提供足够的无功功率，帮助电网恢复电压。四、高电压穿越技术方案目标（一）总体目标确保联合动力风力发电机组在电网故障期间具备可靠的高电压穿越能力，满足国内外相关标准和电网接入要求，提高机组在电力系统中的适应性和稳定性。（二）具体指标1.在电网电压跌落至[X]%额定电压时，机组能够不间断运行至少[X]秒。2.在电压跌落期间，机组能够提供不低于[X]kVar的无功功率支持。3.电压恢复过程中，机组能够快速响应，保持有功功率输出稳定，电压恢复时间不超过[X]秒。五、技术方案详细内容（一）硬件优化1.变流器升级采用更先进的功率半导体器件，提高变流器的开关频率和效率，增强对电网电压变化的快速响应能力。优化变流器的电路拓扑结构，增加冗余设计，确保在电网故障时能够可靠运行。2.发电机改进对发电机的绕组结构进行优化，提高其耐受短路电流的能力，减少故障期间的电磁应力。增加发电机的阻尼绕组，抑制故障期间的电磁振荡，提高机组的稳定性。3.变压器选型与设计选用短路阻抗合适的变压器，确保在高电压穿越期间能够承受短路电流冲击，保护变压器和其他设备。对变压器进行特殊的绝缘设计，提高其在恶劣工况下的绝缘性能。（二）控制策略优化1.转子侧变流器控制采用先进的矢量控制算法，实时监测电网电压和电流变化，快速调整转子磁链和电磁转矩，使机组在电压跌落期间保持稳定运行。增加电压前馈环节，提前感知电网电压变化，优化变流器的控制指令，提高响应速度。2.网侧变流器控制改进网侧变流器的无功功率控制策略，实现快速、准确的无功功率调节。根据电网电压跌落情况，自动切换到无功补偿模式，向电网提供足够的无功功率。采用智能PI控制算法，根据电网电压和功率因数的变化实时调整PI参数，提高无功补偿的效果和稳定性。3.综合控制策略建立基于多变量的综合控制模型，将有功功率、无功功率、电网电压等多个参数纳入统一的控制框架。通过协调控制转子侧和网侧变流器，实现机组在高电压穿越期间的最优运行。利用故障诊断技术，实时监测机组的运行状态，在电网故障发生时能够迅速识别故障类型和严重程度，并自动切换到相应的高电压穿越控制策略。（三）保护系统完善1.过电压保护在机组的直流母线和交流侧设置过电压保护装置，当电压超过设定阈值时，迅速采取措施限制电压上升，如通过泄放电阻或触发过电压保护电路。对过电压保护装置进行定期检测和维护，确保其可靠性和动作准确性。2.欠电压保护优化欠电压保护策略，根据电网电压跌落的深度和持续时间，采取不同的保护动作。在轻度电压跌落时，通过调整控制策略维持机组运行；在深度电压跌落时，及时采取安全停机等措施，保护机组设备。增加欠电压保护的冗余设计，防止因单一保护元件故障导致保护失效。3.短路保护加强机组的短路保护能力，在发电机出线端、变流器输入输出端等关键位置设置快速短路保护装置。当检测到短路电流时，迅速切断电路，避免设备损坏。定期对短路保护装置进行校验和调试，确保其动作电流和动作时间符合设计要求。（四）监测与通信系统升级1.状态监测系统在机组的关键部件上安装传感器，实时监测温度、振动、电压、电流等参数。通过数据分析和处理，提前发现潜在的故障隐患，为高电压穿越运行提供保障。采用无线通信技术，将监测数据实时传输到后台监控中心，便于远程监控和故障诊断。2.通信系统优化升级机组与电网之间的通信接口，确保在高电压穿越期间通信的可靠性。采用冗余通信链路设计，防止通信中断影响机组的控制和保护。与电网调度中心建立实时通信机制，及时获取电网故障信息，并将机组的运行状态反馈给调度中心，实现协调控制。六、技术方案实施计划（一）项目实施阶段划分本技术方案实施分为三个阶段：1.方案设计阶段（[具体时间区间1]）完成高电压穿越技术方案的详细设计，包括硬件选型、控制策略制定、保护系统设计等。2.设备研发与制造阶段（[具体时间区间2]）按照设计方案进行相关设备的研发和制造，包括变流器升级部件、发电机改进部件、监测与通信设备等。3.现场测试与验证阶段（[具体时间区间3]）在实际风电场对改进后的机组进行现场测试，验证高电压穿越技术方案的有效性，根据测试结果进行优化调整。（二）各阶段关键任务与时间节点1.方案设计阶段[时间节点1]：完成现有机组高电压穿越能力的详细评估报告。[时间节点2]：确定硬件优化和控制策略优化的具体方案。[时间节点3]：完成保护系统和监测与通信系统的设计方案。2.设备研发与制造阶段[时间节点4]：采购功率半导体器件、发电机绕组材料等关键零部件。[时间节点5]：开展变流器、发电机等设备的升级改造工作。[时间节点6]：完成监测与通信设备的研发和制造。3.现场测试与验证阶段[时间节点7]：在风电场选择合适的机组进行改造安装。[时间节点8]：对改造后的机组进行模拟电网故障测试，记录各项性能指标。[时间节点9]：根据测试结果进行优化调整，确保机组满足高电压穿越技术方案目标。（三）项目风险管理1.技术风险对新技术的应用可能存在技术难题，如先进控制算法的调试、新硬件设备的兼容性等。应对措施：加强技术研发团队建设，提前进行技术预研和试验验证，与相关科研机构合作解决技术问题。2.进度风险设备研发制造和现场测试可能受到供应商供货延迟、天气等因素影响。应对措施：建立供应商评估和管理机制，合理安排项目进度，制定应急预案，应对可能的延误情况。3.成本风险技术方案实施可能超出预算，包括设备采购、研发费用等。应对措施：进行详细的成本估算和控制，优化项目方案，合理安排资金，确保项目在预算范围内完成。七、技术方案预期效果（一）高电压穿越能力提升通过本技术方案的实施，联合动力风力发电机组的高电压穿越能力将得到显著提升，满足国内外相关标准要求，在电网故障期间能够稳定运行，减少脱网次数。（二）对电力系统稳定性的贡献机组能够在电压跌落时提供无功支持，帮助电网快速恢复电压稳定，增强电力系统的抗干扰能力，提高整个电力系统的稳定性和可靠性。（三）经济效益和社会效益1.经济效益提升机组的可靠性和适应性，减少因故障停机导致的发电量损失，提高发电企业的经济效益。有助于风电场更好地满足电网接入要求，避免因高电压穿越能力不足而面临的并网限制，保障风电场的收益。2.社会效益促进可再生能源的大规模应用，减少对传统化石能源的依赖，降低环境污染，对实现能源可持续发展具有积极意义。提高联合动力在风电市场的竞争力，推动我国风电产业技术水平的提升，为产业发展做出贡献。八、结论本高电压穿越技术方案针对联合动力风力发电机组的现状，从硬件优化、控制策略改进