吴玉杨
阳光电源股份有限公司，安徽合肥，230088
【摘要】：近年来，随着新能源并网容量日益增多，电网运行安全受到越来越多的关注，当电网发生故障造成电压骤升或骤降时，需要风电机组在电网故障不超过规定时间下能不间断运行，对电网提供有效支撑，以便于电网及时切除故障恢复正常运行。风电变流器中支撑故障穿越功能的相关组件保持正常状态对风电机组故障穿越至关重要，本文提出一种对故障穿越组件的自检方法，在不增加额外硬件成本的情况下通过状态监测，及时发现非正常状态，便于提前运维，保障关键时刻风电机组的正常故障穿越。
【关键词】：风力发电 电网故障穿越 双馈变流器 自检
1、概述
风电变流器是风电机组故障穿越的重要部件，机组完全由风电变流器来进行控制并完成故障穿越。以双馈风电机组为例，机组系统拓扑图如下图1所示，其中涉及故障穿越功能的故障组件主要有UPS、直流Chopper和交流Crowbar，如变流器框图中的虚线框所示。
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正常情况下，风电变流器运行时，直流Chopper、交流Crowbar处于待机状态，不会工作，只有当电网发生故障穿越时会投入使用，如果此时组件有异常则会影响故障穿越功能。同样的，风电变流器控制电由UPS提供不间断电源，当电网正常时UPS输出不会有异常，当电网发生故障尤其是低电压跌落时，如果UPS异常则会导致控制电失电，同样会导致机组无法实现故障穿越。为了确定风电变流器的故障穿越组件始终处于正常状态，需要及时进行监测。
2、故障穿越组件自检设计
为了不增加成本，监测功能不增加额外硬件，同时需要在机组正常并网运行以外的工况进行测试，不影响风电机组可利用率。同时为了频繁自检，可以定期对上述3个组件进行自检监测，如设置每10天检测一次，以确认组件的状态。具体检测逻辑如下图所示。
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（1）UPS自检
为了验证UPS在电网异常甚至是断电情况下是否可以正常工作，软件设计定期自检一次，当触发自检标志时，软件断开UPS前级输入开关，模拟电网失电，通过判断后级负载CPU等是否能连续正常工作5s，以确认UPS是否可以正常通过电池模式不间断输出，检查UPS的正常与否。
（2）Crowbar自检
Crowbar是用于电网故障穿越时泄放转子能量，机组正常并网运行时，Crowbar组件不工作，开关管保持关断状态，为了验证组件正常，在定期自检触发时，在转子励磁后加入Crowbar导通动作并进行判断，如果正常则转子重新进行励磁、并网工作；如果Crowbar无法正常导通，则置位Crowbar异常并上传告警，同时取消自检动作，机组可正常并网运行，不影响机组正常使用。
（2）Chopper自检
Chopper是用于电网故障穿越时泄放直流侧能量，机组正常并网运行时，Chopper组件不工作，开关管保持关断状态，为了验证组件正常，在定期自检触发时，在变流器停机后，触发Chopper对直流侧进行放电，若放电，如果正常则转子重新进行励磁、并网工作；如果Crowbar无法正常导通，则置位Crowbar异常并上传告警，同时取消自检动作，机组可正常并网运行，不影响机组正常使用。
3、 测试验证
UPS的验证主要是通过断开市电输入来确认后级是否能支撑5s；直流Chopper的测试是在变流器停机后，导通Chopper进行直流放电，通过直流电压进行判断。
交流Crowbar在转子励磁后IGBT封波后进行Crowbar导通，通过检测电流实现判断，正常后重新励磁并网，转子电流（绿）与Crowbar电流（红）如下图3所示。
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4、结论
通过上述分析和测试，在不增加硬件的情况下，通过增加软件逻辑，即可实现对双馈风电变流器电网故障穿越组件状态进行定期监测，确认组件硬件状态，确保在电网故障时可以有效穿越并实现对电网的支撑，提升机组的性能。此检测方法可推广应用到全功率风电变流器中。
参考文献：
【1】张兴、曹仁贤，《永磁同步全功率风冷发电变流器及其控制》，电子工业出版社，2016
【2】贺益康，《并网双馈异步风力发电机运行控制》，中国电力出版社，2012
【3】杨淑英，双馈型风力发电变流器及其控制[D]，合肥工业大学博士论文，2006
【4】凌禹，蔡旭，汪宁渤，定子撬棒和直流侧卸荷电路协调的故障穿越技术[J]，中国电力，2013，46（12）：90-94