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获益特高压建设,我国风电消纳问题得以逐步改善,发展重心重回“三北”地区。尤其进入2019年,乌兰察布、兴安盟、青海海西州和海南州等大基地纷纷启动开发,成为我国风电竞价/平价发展的支柱力量。
作为采用晶闸管换流阀的高压直流输电系统最常见的故障之一,换相失败会在特高压直流运行过程中造成送端电网短时电压过高,这就需要系统中的设备具备高电压穿越能力,避免导致风电大基地出现安全故障。对风电设备而言,如果不具备高穿能力,其外送将受到限制,对大基地规模化发展不利。
图1:特高压直流输电项目(标蓝底纹项目配有风电)
2017年各省电网公司外发了包括《国网甘肃省电力公司电力调度控制中心关于开展新能源发电厂耐高压能力整改工作的通知》(甘电调控〔2017〕1号文件)、《宁夏电力调度关于开展新能源厂站高频高压穿越能力整改工作的通知》(宁电调字〔2017〕45号文件)、《关于提高哈密地区新能源场站高电压耐受能力的通知》(新省调系字〔2017〕19号)、《国网辽宁电力调控中心关于扎青特高压直流扎鲁特换流站近区风电网源协调改造的通知》(辽电调控中心〔2017〕47号)等一系列文件,要求对新能源场站高电压适应性能力进行升级。
文件还对已投运的风电机组未在规定时间内完成耐高压能力(高电压穿越)改造及不能保证运行期间机组端电压不超过额定电压(风电机组不能承受超过1.1倍电压)的新能源发电企业,将采取预控出力(限制风电场发电)的措施,优先调度涉网安全运行性能达标的风电发电。
2018年,《风力发电机组故障电压穿越能力测试规程》(国标GB∕T36995-2018)出台,成为进一步指导风电高电压穿越相关工作的国家级标准。
图2 机组高电压穿越能力要求(上文提到的标准,所有机组必须满足)
那么,风电机组如何才能实现高电压穿越,实现更好的并网友好性呢?
目前金风科技已帮助业主完成5000台机组的高电压穿越改造升级,运行情况符合当地电网要求。下面以金风科技机组为例:
首先,风电机组电控系统的全部元器件,本身具备耐受1.3倍额定电压的水平。当系统发生高电压故障后,机组能够在20ms检测并判断出电网高电压故障,从而控制自身进入高电压穿越状态。
其次,在高电压穿越状态期间,机组变流器将调节电网侧电压的幅值和相角。一是确保网侧有功功率平稳不变;二是向电网提供的感性无功电流,无功电流有助于降低机端电压。
再次,在高电压穿越的过程中,主控系统会控制机组正常追踪最大风能发电,不会造成机组扰动或机械振动。在高电压穿越期间短时停止偏航等部分子系统运行,以保护机组。等到电网高电压故障结束后,机组控制平滑至正常模式。
图3 金风科技机组高电压穿越能力
金风科技机组因采用永磁直驱全功率变流技术路线,本身便具有先天的并网友好性优势。而在国内特高压直流已投运且涉及风电打捆送出的6条线路中,均有采用上述技术路线机组的项目,且运行良好。
值得注意的是,金风科技积极响应《风力发电机组故障电压穿越能力测试规程》要求,对现役机型进行了高电压穿越认证,保证产品满足标准:目前已有GW1.5MW、GW2.XMW、GW2.5MW、GW3.0(S)MW、GW6.XMW等6个产品平台的12款机型获得由中国电力科学研究院颁发的高电压穿越测试报告,4个产品平台的15款机型获得了评估证书。
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