高電壓穿越技術方案---聯合動力---2024年?一、引言隨著可再生能源在電力系統中的占比不斷增加，風電作為其中的重要組成部分，其安全穩定運行對于電力系統的可靠性至關重要。高電壓穿越（HVRT）能力是風力發電機組在電網故障期間保持并網運行并向電網提供一定無功支持的關鍵性能指標。聯合動力在風電領域不斷發展，為適應電力系統發展需求，制定本高電壓穿越技術方案，以提升旗下風力發電機組的高電壓穿越能力。二、技術背景（一）電網故障對風電的影響在電網發生故障時，如短路等情況，電網電壓會迅速跌落。傳統的風力發電機組可能無法在低電壓下穩定運行，容易導致脫網，這不僅影響了可再生能源的有效利用，還可能對電力系統的穩定性造成沖擊。（二）高電壓穿越的重要性具備高電壓穿越能力的風力發電機組能夠在電網故障期間維持連接，持續向電網輸送有功功率，并提供無功支持，幫助電網快速恢復電壓穩定，保障電力系統的可靠運行，促進風電在電力系統中的大規模應用。三、聯合動力風力發電機組現狀分析（一）現有機組的基本參數聯合動力目前擁有多種型號的風力發電機組，其單機容量從[X]MW到[X]MW不等。這些機組在額定工況下具有較高的發電效率，但在高電壓穿越方面的性能存在一定差異。（二）高電壓穿越能力評估通過對現有機組在模擬電網故障情況下的測試，發現部分機組在電壓跌落深度、持續時間等方面的表現未能完全滿足相關標準要求。主要問題包括：1.在深度電壓跌落時，轉子側變流器控制策略不夠靈活，導致電磁轉矩波動較大，影響機組的穩定性。2.無功補償能力有限，不能及時有效地向電網提供足夠的無功功率，幫助電網恢復電壓。四、高電壓穿越技術方案目標（一）總體目標確保聯合動力風力發電機組在電網故障期間具備可靠的高電壓穿越能力，滿足國內外相關標準和電網接入要求，提高機組在電力系統中的適應性和穩定性。（二）具體指標1.在電網電壓跌落至[X]%額定電壓時，機組能夠不間斷運行至少[X]秒。2.在電壓跌落期間，機組能夠提供不低于[X]kVar的無功功率支持。3.電壓恢復過程中，機組能夠快速響應，保持有功功率輸出穩定，電壓恢復時間不超過[X]秒。五、技術方案詳細內容（一）硬件優化1.變流器升級采用更先進的功率半導體器件，提高變流器的開關頻率和效率，增強對電網電壓變化的快速響應能力。優化變流器的電路拓撲結構，增加冗余設計，確保在電網故障時能夠可靠運行。2.發電機改進對發電機的繞組結構進行優化，提高其耐受短路電流的能力，減少故障期間的電磁應力。增加發電機的阻尼繞組，抑制故障期間的電磁振蕩，提高機組的穩定性。3.變壓器選型與設計選用短路阻抗合適的變壓器，確保在高電壓穿越期間能夠承受短路電流沖擊，保護變壓器和其他設備。對變壓器進行特殊的絕緣設計，提高其在惡劣工況下的絕緣性能。（二）控制策略優化1.轉子側變流器控制采用先進的矢量控制算法，實時監測電網電壓和電流變化，快速調整轉子磁鏈和電磁轉矩，使機組在電壓跌落期間保持穩定運行。增加電壓前饋環節，提前感知電網電壓變化，優化變流器的控制指令，提高響應速度。2.網側變流器控制改進網側變流器的無功功率控制策略，實現快速、準確的無功功率調節。根據電網電壓跌落情況，自動切換到無功補償模式，向電網提供足夠的無功功率。采用智能PI控制算法，根據電網電壓和功率因數的變化實時調整PI參數，提高無功補償的效果和穩定性。3.綜合控制策略建立基于多變量的綜合控制模型，將有功功率、無功功率、電網電壓等多個參數納入統一的控制框架。通過協調控制轉子側和網側變流器，實現機組在高電壓穿越期間的最優運行。利用故障診斷技術，實時監測機組的運行狀態，在電網故障發生時能夠迅速識別故障類型和嚴重程度，并自動切換到相應的高電壓穿越控制策略。（三）保護系統完善1.過電壓保護在機組的直流母線和交流側設置過電壓保護裝置，當電壓超過設定閾值時，迅速采取措施限制電壓上升，如通過泄放電阻或觸發過電壓保護電路。對過電壓保護裝置進行定期檢測和維護，確保其可靠性和動作準確性。2.欠電壓保護優化欠電壓保護策略，根據電網電壓跌落的深度和持續時間，采取不同的保護動作。在輕度電壓跌落時，通過調整控制策略維持機組運行；在深度電壓跌落時，及時采取安全停機等措施，保護機組設備。增加欠電壓保護的冗余設計，防止因單一保護元件故障導致保護失效。3.短路保護加強機組的短路保護能力，在發電機出線端、變流器輸入輸出端等關鍵位置設置快速短路保護裝置。當檢測到短路電流時，迅速切斷電路，避免設備損壞。定期對短路保護裝置進行校驗和調試，確保其動作電流和動作時間符合設計要求。（四）監測與通信系統升級1.狀態監測系統在機組的關鍵部件上安裝傳感器，實時監測溫度、振動、電壓、電流等參數。通過數據分析和處理，提前發現潛在的故障隱患，為高電壓穿越運行提供保障。采用無線通信技術，將監測數據實時傳輸到后臺監控中心，便于遠程監控和故障診斷。2.通信系統優化升級機組與電網之間的通信接口，確保在高電壓穿越期間通信的可靠性。采用冗余通信鏈路設計，防止通信中斷影響機組的控制和保護。與電網調度中心建立實時通信機制，及時獲取電網故障信息，并將機組的運行狀態反饋給調度中心，實現協調控制。六、技術方案實施計劃（一）項目實施階段劃分本技術方案實施分為三個階段：1.方案設計階段（[具體時間區間1]）完成高電壓穿越技術方案的詳細設計，包括硬件選型、控制策略制定、保護系統設計等。2.設備研發與制造階段（[具體時間區間2]）按照設計方案進行相關設備的研發和制造，包括變流器升級部件、發電機改進部件、監測與通信設備等。3.現場測試與驗證階段（[具體時間區間3]）在實際風電場對改進后的機組進行現場測試，驗證高電壓穿越技術方案的有效性，根據測試結果進行優化調整。（二）各階段關鍵任務與時間節點1.方案設計階段[時間節點1]：完成現有機組高電壓穿越能力的詳細評估報告。[時間節點2]：確定硬件優化和控制策略優化的具體方案。[時間節點3]：完成保護系統和監測與通信系統的設計方案。2.設備研發與制造階段[時間節點4]：采購功率半導體器件、發電機繞組材料等關鍵零部件。[時間節點5]：開展變流器、發電機等設備的升級改造工作。[時間節點6]：完成監測與通信設備的研發和制造。3.現場測試與驗證階段[時間節點7]：在風電場選擇合適的機組進行改造安裝。[時間節點8]：對改造后的機組進行模擬電網故障測試，記錄各項性能指標。[時間節點9]：根據測試結果進行優化調整，確保機組滿足高電壓穿越技術方案目標。（三）項目風險管理1.技術風險對新技術的應用可能存在技術難題，如先進控制算法的調試、新硬件設備的兼容性等。應對措施：加強技術研發團隊建設，提前進行技術預研和試驗驗證，與相關科研機構合作解決技術問題。2.進度風險設備研發制造和現場測試可能受到供應商供貨延遲、天氣等因素影響。應對措施：建立供應商評估和管理機制，合理安排項目進度，制定應急預案，應對可能的延誤情況。3.成本風險技術方案實施可能超出預算，包括設備采購、研發費用等。應對措施：進行詳細的成本估算和控制，優化項目方案，合理安排資金，確保項目在預算范圍內完成。七、技術方案預期效果（一）高電壓穿越能力提升通過本技術方案的實施，聯合動力風力發電機組的高電壓穿越能力將得到顯著提升，滿足國內外相關標準要求，在電網故障期間能夠穩定運行，減少脫網次數。（二）對電力系統穩定性的貢獻機組能夠在電壓跌落時提供無功支持，幫助電網快速恢復電壓穩定，增強電力系統的抗干擾能力，提高整個電力系統的穩定性和可靠性。（三）經濟效益和社會效益1.經濟效益提升機組的可靠性和適應性，減少因故障停機導致的發電量損失，提高發電企業的經濟效益。有助于風電場更好地滿足電網接入要求，避免因高電壓穿越能力不足而面臨的并網限制，保障風電場的收益。2.社會效益促進可再生能源的大規模應用，減少對傳統化石能源的依賴，降低環境污染，對實現能源可持續發展具有積極意義。提高聯合動力在風電市場的競爭力，推動我國風電產業技術水平的提升，為產業發展做出貢獻。八、結論本高電壓穿越技術方案針對聯合動力風力發電機組的現狀，從硬件優化、控制策略改進