風電EPS系統升級改造技術應用案例

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風電EPS系統升級改造技術應用案例EPS （ Enmergency Power Supply）即緊急電力供給，是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的應急電源供給系統。

目錄

一.背景

EPS （ Enmergency Power Supply）即緊急電力供給，是一種含有儲能裝置， 以逆變器為主要組成部分的應急電源供給系統。早期的風力發電機組由於沒有低 電壓穿越和高電壓穿越設計要求，在風機電網跌落或者升高至變槳系統故障時，變槳系統會發生故障從而進入緊急變槳模式，導致風電機組停機，降低了發電量和可利用率，同時機組脫網加劇電網擾動，進一步擴大電網故障範圍。

目前已投運風電場EPS櫃多數採用鉛酸電池作為後備電源，電池壽命短，且供電方案採用的是背靠式，由於後備電源長期處於非運作狀態，設備中元器件表面容易產生凝露，從而導致在電路切換過程中短路而燒毀元器件。市場上部分EPS櫃結構為UPS原理，不符合新的高低電壓穿越標準，需要改進升級。

二.應用案例

（一）項目概述

福建省泉州市某風場EPS改造案例。日常運行中頻繁誤報「過濕加熱故障」，以及風 機誤報"C相IGBT故障」，且EPS櫃出現故障後，需人員至現場重啟設備,增加維護時間，發電量及風機利用率也受很大影響。高穿測試現場調試過程中，併網模擬時，經常出現「輪轂驅動故障或輪轂要求緊急收槳」故障。

技改目標：EPS實現在電網故障時給風電機組控制系統供電，保證風電機組在電網故障情況下不脫網，提高機組的發電量，同時給電網提供所需要的無功功率，提高電網的穩定性。電網故障通常指電網短路跌落或升高時，控制系統供電的三相380V 交流電壓超出允許的工作範圍。

1. 改進方案

1） 防鹽霧防腐蝕，採用IP54防護等級，保護核心部件免受外部環境影響。

2） 將儲能單元改成超級電容；

3） 減小切換時間，採用虛擬同步的微電網變流技術，實現外部電網與UPS 的無縫切換；

4） 增加自動復位啟機功能；

2. 改進後優點

主電路採用超級電容+雙向DC/DC+雙向DC/AC的微電網儲能變流技術，相對與 傳統的UPS有如下優點：

1） 採用虛擬同步技術——UPS與電網並聯，實現電網與UPS的無縫切換;

2） 通過DC/DC與超級電容連接——電容可放到最小設定電壓值，可以充分利用電容容量或減小電容容量；

3） UPS變流器工作在輕載狀態——減小變流電路的發熱，減化散熱器設 計（採用自然冷卻），提高了可靠性

4） 採用雙向變流器一一減化了充電電路和隔離電路，有利於減小系統 的體積和重量。

（二）主要效益

案例項目改造完成後，全場機組順利通過高電壓穿越測試，基本消除由EPS系統帶的故障停機，一個月減少機組故障10次以上，風場可利用率顯著提高。

三.技術要點

1.正常工作模式

正常工作模式下，外部電網能量分成兩路：一路通向負載供電；另一路向雙向DC/AC 和DC/DC高超級電容CS充電。DC/AC工作在虛擬同步機模式，通過調節頻率調節功率 流向，其頻率低於電網頻率時，從交流側吸收功率，反之，向交流側輸出功率。

2電容供電模式

當控制器檢測到外部電網電壓跌落或電網電壓過高時，給SK關斷信號，此時雙向 DC/DC和DC/AC變流器將電容能量向負載提供。

SK由兩個反並聯的晶閘管組成的電子開關，能在10mS內關斷，避免了因外部電網 故障時DC/AC與外部電網間出現大的電流。當外部電網正常後，控制器在DC/AC輸出電 壓大小與頻率與外部電網時相同時，觸發SK,恢復到正常工作模式。上述轉換過程沒的 時間間隔，衝擊小。

3旁路工作模式

如超級電容Cs、DC/DC或DC/AC出現故障時，此時啟動旁路模式，斷開系統供電輸出，外電源通地直接輸出給負載供電。

4維修工作模式

檢修時，將UPS與外部電源和負載隔離，外部電源通過開關直接輸出，給負載供電。為了防止UPS與外部電源和負載接通，通過機械結構實現聯鎖。

5.儲能電容CS選擇

逆變器要輸出三相電壓為AC380V,採用空間矢量調製時，直流側電壓Ud應大於537V。 因為採用雙向DC/DC與超級電容連接，因此超級電容壓選擇有兩個原則：其一、超級電 容最大電壓Ucs_mac應小於逆變器直流母線電壓Ud；其二，為了減小DC/DC損耗，越級 電容的最大電壓Ucs_mac應與Ud接近，大於連續三次低電壓穿越所需要的供電時間3S， 滿足要求並有足富裕量。

6.防鹽霧措施

控制板、功率器件、電池及開關電器安裝的防護等級為IP54或更高的密封區間內， 防止有害氣體和液體入侵密封區間內。櫃體採用納米防腐塗層，滿足防鹽霧、防腐蝕和防霉變要求。

四.應用前景

近年來，隨着風電在電網中比重的大幅提高，風電機組電網支撐能力越來越 重要，風電機組電網故障穿越性能越來越受到重視。為保證電網安全穩定運行，國家電網公司逐步對風電機組的高電壓穿越能力提出了相關要求。其中，國家電網調【2011]974號《關於引發風電併網運行反事故措施要點》中明確提出「風電 機組應具有必要的高電壓穿越能力」的要求，並提出「風電場無功動態調整的響 應速度應與風電機組高電壓穿越能力相匹配，確保在調節過程中風電機組不因高電壓而脫網」。隨着國家電網公司對風電機組的涉網性能提出更高的要求， 2014年以前建設的風電機組已經無法滿足，EPS系統改進升級需求迫切。

EPS系統改進升級項目，一方面可以降低機組故障率，提高發電量及風機可利用率，保障機組安全運行，具備很大的經濟效益；另一方面，升級改造可以 滿足電網對機組逐步的提高涉網特性，使老舊機型順利通過電網測試要求。該技術涉及改造升級項目在400台以上，經過改造的機組，能更好的通過電網高穿、調頻等涉網特性檢測，獲取第三方檢測報告，可廣泛推廣應用。