江南大學物聯(lián)網(wǎng)工程學院 柳廣興 陳 瑩

華能吉林通榆風電分公司 孔凡更

1.前言

近幾年，國內出現(xiàn)了數(shù)起風機大面積脫網(wǎng)事故，影響了電網(wǎng)的安全運行。為了滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的需要，避免因風機大面積脫網(wǎng)而給電網(wǎng)帶來安全隱患，風力發(fā)電機組需要具有低電壓穿越性能。即風電場內的風電機組具有在并網(wǎng)點電壓跌至20%的額定電壓時能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行625ms的能力；以及風電場并網(wǎng)點電壓在發(fā)生跌落后3s內能夠恢復到額定電壓的90%時，風電場內的風電機組能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行的能力[1]。

本文以對華能集團吉林省通榆風電分公司對該風力發(fā)電機組進行LVRT(低電壓穿越)技術改造為實例進行探討。2012年底，華能集團吉林省通榆風電分公司對現(xiàn)場134臺風力發(fā)電機組(ABB PLC+PM1000變頻器)成功的進行了LVRT(低電壓穿越)技術改造，使風力發(fā)電機組具備低電壓穿越功能，滿足了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的需要。

目前我國仍有一些安裝了與該廠(華銳SL1500型1.5MW風力發(fā)電機組)相同或相似的風力發(fā)電機組的中、小型風力發(fā)電廠未進行合理改造。希望通過本文能夠為風力發(fā)電機組的改造提供些許思路，進而為風力發(fā)電事業(yè)做出些許貢獻。

2.改造措施

2.1 更換具備低電壓穿越功能的GTE150-SBP變頻器

同PM1000相比，GTE150-SBP提高了IGBT的容量[2]。在同等耐壓等級下，將IGBT的最大電流值從300A提高到了450A；將直流母排電容的耐壓限值從1100V提高到了1350V，容值從2000μF提高到4700μF；其正常工作電網(wǎng)電壓下限值從621V降至552V；變頻器也具備了低電壓穿越控制策略，保證風機的不脫網(wǎng)低電壓運行，完成穿越過程中對有功功率和無功功率的調節(jié)。故可通過換裝貼有“主動CROWBAR、GTE協(xié)議”標簽的GTE150-SBP，滿足在電網(wǎng)電壓跌落期間風機不脫網(wǎng)，且能夠對電網(wǎng)進行無功補償?shù)囊蟆3]

在安裝變頻器的過程中，我們發(fā)現(xiàn)變頻器內部的230V繼電器電流限值為6A。但是在實際并網(wǎng)時，網(wǎng)側接觸器線圈電流有可能超過這個值，過流嚴重時甚至會發(fā)生接口“粘連”，導致無法正常并網(wǎng)甚至損壞變頻器，因此應在GTE變頻器上額外增加一個230V繼電器，用于提高變頻器的并網(wǎng)驅動功率。繼電器K352.2安裝在NCC320控制柜左側側板上、并網(wǎng)接觸器-K340.4上端不遠處，如圖1所示：

圖1

GTE變頻器增加了網(wǎng)側濾波電容電壓檢測功能，便于更好的實現(xiàn)網(wǎng)側同步，檢測線從K340.2.1/3/5端引出，這三根線連接到了LSC網(wǎng)側輸入濾波電容上，并送入變頻器進行測量，可以用來檢測網(wǎng)側濾波電容電壓。

2.2 更換主動CROWBAR

改造前的華銳SL1500型1.5MW風力發(fā)電機組及其它相似風力發(fā)電機組，一旦電網(wǎng)電壓跌落，直流母排電壓迅速升高，CROWBAR觸發(fā)，轉子電流通過CROWBAR電阻被泄放掉，被動CROWBAR采用的是晶閘管控制，關斷不受控制，只有轉子電流低于安全閾值時才能關斷，如果風機不脫網(wǎng)，風機一直處于電動狀態(tài)，轉子電流不會下降到安全閾值內，所以為了關斷CROWBAR，必須脫網(wǎng)。發(fā)生電壓跌落后，電網(wǎng)比較脆弱，如果大批風機脫網(wǎng)，會對電網(wǎng)造成進一步沖擊，而且風機的再次并網(wǎng)需要較長的時間，對于電網(wǎng)的恢復十分不利。而主動CROWBAR用IGBT模塊替代晶閘管，實現(xiàn)了可控關斷，除了有效防止電網(wǎng)電壓跌落時直流母排過壓造成的變頻器及電容的損壞，還保證了在CROWBAR工作過程中，定子接觸器和網(wǎng)側接觸器均保持在吸合狀態(tài)，高效、可控的泄放轉子電能。

在更換主動CROWBAR的過程中，本文建議對NCC320柜體進行改造。因為主動CROWBAR及電阻的外觀結構與被動CROWBAR有很大區(qū)別，因此需要重新鉆孔，確定安裝位置。為了安裝CROWBAR電阻，同時將電阻連接線引入NCC320柜，需要更換NCC320柜的頂板，頂板除了用于安裝CROWBAR電阻，還要用于固定電阻外罩。此外，NCC310的頂板需要固定UPS及其外罩。

CROWBAR電路可固定在NCC320柜體左側原CROWBAR處，CROWBAR泄放電阻可固定在NCC320柜頂部。電纜從頂蓋的圓孔進入柜體，電阻外安裝防護罩。新增加的CROWBAR控制電路24V保險應安裝在NCC310柜內。

2.3 增加UPS(交流不間斷電源)

對于未經改造的SL1500風機，一旦新改造的主動CROWBAR開始工作，風機的定子接觸器和網(wǎng)側接觸器會立刻斷開，而且在電網(wǎng)電壓跌落期間，輪轂及機艙內會出現(xiàn)供電故障，導致變槳系統(tǒng)與主控系統(tǒng)無法正常工作，例如變槳剎車制動失靈，振動傳感器失靈等。如果在230V供電回路中增加了230V交流UPS，就可以為系統(tǒng)中的網(wǎng)/機側接觸器線圈、輪轂24V、輪轂制動電源和振動傳感器等供電，保證電網(wǎng)電壓跌落期間風機電氣系統(tǒng)的正常供電。[4]

安裝UPS時，UPS可固定在NCC310頂板上，電源線及信號線可分別從頂板預留的方孔進入柜體。UPS外有防護罩，防護罩也可固定在頂板上。

本文建議將一個延時繼電器(K134.7)隨UPS裝箱，這樣就可以通過調節(jié)延時繼電器的箭頭所指時間，即延時時間，來控制繼電器兩燈的亮滅(繼電器的綠燈U點亮時表明繼電器的供電已正常，紅燈R點亮時表明其線圈已得電，即輔助觸點已動作)。

此外，由于考慮到原有的NCC300控制柜內的230V保險F134.6容量太小，容易燒毀，故本文建議更換容量更大的保險管，并更換保險及輔助開關。

3.低電壓穿越技術改造測試

華能集團吉林省通榆風電分公司的低電壓穿越技術改造后，2013年6月通過了吉林省電科院的測試，符合低電壓穿越技術要求；通過近一年的運行實踐，華能集團吉林省通榆風電分公司的風力發(fā)電機組具備了低電壓穿越性能，在為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行創(chuàng)造了條件的同時，也證明了本文針對華銳SL1500型1.5MW風力發(fā)電機組改造方法的可行性與實用性。

3.1 電氣連接

需要注意的是，部分SL1500柜體，PM1000變頻模塊的電源在并網(wǎng)之前由-T216.2提供，并網(wǎng)后由變頻模塊內部提供，該切換動作通過繼電器K246.7工作。由于GTE變頻器內部的24V電源不夠穩(wěn)定，尤其在電網(wǎng)電壓跌落過程中容易出現(xiàn)因電壓不穩(wěn)導致的通信及控制故障，我們修改了控制策略，取消了這一切換過程，但是-K246.7仍然具有復位變頻器的功能，這樣既可以為變頻器提供穩(wěn)定的24V電源，也可以在塔基對變頻器進行復位，避免了需要爬上塔頂才能復位變頻器的弊病。

3.2 并網(wǎng)測試

并網(wǎng)測試可大致分以下四步：UPS測試、風機故障排查、空載測試和手動并網(wǎng)[5]。

(1)UPS測試

在箱變400V電源已提供的情況下，打開400V電源開關，等待10s，UPS通過延時繼電器自動開啟，變槳網(wǎng)側接觸器K210.2吸合，T216.2帶電，輸出供控制系統(tǒng)使用的24V電壓，PLC啟動，在PLC正常工作后，再將電池電源開關打開，一切正常說明延時繼電器工作正常，UPS可以延時啟動。

(2)風機故障排查

接通380VAC的電池組電源，在通訊面板上檢查是否有故障存在。如有故障，則排除相應故障。如出現(xiàn)變頻器通訊故障，檢查變頻器光纖連接是否正確。LVRT的PLC控制程序可以使操作人員同時看到4個變頻器故障，從而防止了老版本程序中因為電網(wǎng)丟失(此時尚未恢復690V供電，報故障是正?，F(xiàn)象)而無法觀察到其它變頻器故障的弊端；在排除故障之后，恢復690V供電。

(3)空載測試

變頻器并網(wǎng)后應先空載5-10分鐘，觀察IGBT溫度、濾波底板溫度，溫度無異常后再進行加載，水冷系統(tǒng)剛開始工作時，回路中可能存在氣體，導致散熱不均勻，水冷散熱問題可能需空載5-10分鐘方可發(fā)現(xiàn)(GTE150變頻器的IGBT溫度在65度以下均屬正常)。

(4)手動并網(wǎng)

按照現(xiàn)場調試流程，對變頻器進行測試。依次測試安全鏈觸發(fā)、CROWBAR觸發(fā)、并網(wǎng)、功率測試。如果在風機不轉的前提下進行并網(wǎng)測試，會因為報ConErr100(啟動轉速低)故障而無法并網(wǎng)，因此必須在電機轉速達到1300RPM后才能進行并網(wǎng)測試。

在機艙內測試風機，如果正常，開啟風機，風力發(fā)電機組低電壓穿越(LVRT)技術改造完畢。

[1]魏林君,遲永寧,趙建國.雙饋變速風電機組低電壓穿越控制[J].電網(wǎng)與清潔能源,2009,25(2):41-45.

[2]李峰,陸一川.大規(guī)模風力發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響[J].中國電力,2006,39(11):80-84．

[3]王躋,羅成,鄔冬臨.對風力發(fā)電機組低電壓穿越技術的探析[J].電工研究,2013,28(2):35-36．

[4]華澤嘉,高聚,陶維珣,路凱.幾種風力發(fā)電機組低電壓穿越技術分析[J].東北電力大學學報,2012,32(6):19-22．

[5]肖盛,張建華,郭世繁等.并網(wǎng)雙饋風電機組低電壓穿越能力研究[J].電網(wǎng)與清潔能源,2010,25(2):70-71．

孔凡更（1968—），電力安全工程師，現(xiàn)供職于華能吉林通榆風電分公司。