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风电EPS系统升级改造技术应用案例EPS （ Enmergency Power Supply）即紧急电力供给，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的应急电源供给系统。

一.背景

EPS （ Enmergency Power Supply）即紧急电力供给，是一种含有储能装置， 以逆变器为主要组成部分的应急电源供给系统。早期的风力发电机组由于没有低 电压穿越和高电压穿越设计要求，在风机电网跌落或者升高至变桨系统故障时，变桨系统会发生故障从而进入紧急变桨模式，导致风电机组停机，降低了发电量和可利用率，同时机组脱网加剧电网扰动，进一步扩大电网故障范围。

目前已投运风电场EPS柜多数采用铅酸电池作为后备电源，电池寿命短，且供电方案采用的是背靠式，由于后备电源长期处于非运作状态，设备中元器件表面容易产生凝露，从而导致在电路切换过程中短路而烧毁元器件。市场上部分EPS柜结构为UPS原理，不符合新的高低电压穿越标准，需要改进升级。

二.应用案例

（一）项目概述

福建省泉州市某风场EPS改造案例。日常运行中频繁误报“过湿加热故障”，以及风 机误报"C相IGBT故障”，且EPS柜出现故障后，需人员至现场重启设备,增加维护时间，发电量及风机利用率也受很大影响。高穿测试现场调试过程中，并网模拟时，经常出现“轮毂驱动故障或轮毂要求紧急收桨”故障。

技改目标：EPS实现在电网故障时给风电机组控制系统供电，保证风电机组在电网故障情况下不脱网，提高机组的发电量，同时给电网提供所需要的无功功率，提高电网的稳定性。电网故障通常指电网短路跌落或升高时，控制系统供电的三相380V 交流电压超出允许的工作范围。

1. 改进方案

1） 防盐雾防腐蚀，采用IP54防护等级，保护核心部件免受外部环境影响。

2） 将储能单元改成超级电容；

3） 减小切换时间，采用虚拟同步的微电网变流技术，实现外部电网与UPS 的无缝切换；

4） 增加自动复位启机功能；

2. 改进后优点

主电路采用超级电容+双向DC/DC+双向DC/AC的微电网储能变流技术，相对与 传统的UPS有如下优点：

1） 采用虚拟同步技术——UPS与电网并联，实现电网与UPS的无缝切换;

2） 通过DC/DC与超级电容连接——电容可放到最小设定电压值，可以充分利用电容容量或减小电容容量；

3） UPS变流器工作在轻载状态——减小变流电路的发热，减化散热器设 计（采用自然冷却），提高了可靠性

4） 采用双向变流器一一减化了充电电路和隔离电路，有利于减小系统 的体积和重量。

（二）主要效益

案例项目改造完成后，全场机组顺利通过高电压穿越测试，基本消除由EPS系统带的故障停机，一个月减少机组故障10次以上，风场可利用率显著提高。

三.技术要点

1.正常工作模式

正常工作模式下，外部电网能量分成两路：一路通向负载供电；另一路向双向DC/AC 和DC/DC高超级电容CS充电。DC/AC工作在虚拟同步机模式，通过调节频率调节功率 流向，其频率低于电网频率时，从交流侧吸收功率，反之，向交流侧输出功率。

2电容供电模式

当控制器检测到外部电网电压跌落或电网电压过高时，给SK关断信号，此时双向 DC/DC和DC/AC变流器将电容能量向负载提供。

SK由两个反并联的晶闸管组成的电子开关，能在10mS内关断，避免了因外部电网 故障时DC/AC与外部电网间出现大的电流。当外部电网正常后，控制器在DC/AC输出电 压大小与频率与外部电网时相同时，触发SK,恢复到正常工作模式。上述转换过程没的 时间间隔，冲击小。

3旁路工作模式

如超级电容Cs、DC/DC或DC/AC出现故障时，此时启动旁路模式，断开系统供电输出，外电源通地直接输出给负载供电。

4维修工作模式

检修时，将UPS与外部电源和负载隔离，外部电源通过开关直接输出，给负载供电。为了防止UPS与外部电源和负载接通，通过机械结构实现联锁。

5.储能电容CS选择

逆变器要输出三相电压为AC380V,采用空间矢量调制时，直流侧电压Ud应大于537V。 因为采用双向DC/DC与超级电容连接，因此超级电容压选择有两个原则：其一、超级电 容最大电压Ucs_mac应小于逆变器直流母线电压Ud；其二，为了减小DC/DC损耗，越级 电容的最大电压Ucs_mac应与Ud接近，大于连续三次低电压穿越所需要的供电时间3S， 满足要求并有足富裕量。

6.防盐雾措施

控制板、功率器件、电池及开关电器安装的防护等级为IP54或更高的密封区间内， 防止有害气体和液体入侵密封区间内。柜体采用纳米防腐涂层，满足防盐雾、防腐蚀和防霉变要求。

四.应用前景

近年来，随着风电在电网中比重的大幅提高，风电机组电网支撑能力越来越 重要，风电机组电网故障穿越性能越来越受到重视。为保证电网安全稳定运行，国家电网公司逐步对风电机组的高电压穿越能力提出了相关要求。其中，国家电网调【2011]974号《关于引发风电并网运行反事故措施要点》中明确提出“风电 机组应具有必要的高电压穿越能力”的要求，并提出“风电场无功动态调整的响 应速度应与风电机组高电压穿越能力相匹配，确保在调节过程中风电机组不因高电压而脱网”。随着国家电网公司对风电机组的涉网性能提出更高的要求， 2014年以前建设的风电机组已经无法满足，EPS系统改进升级需求迫切。

EPS系统改进升级项目，一方面可以降低机组故障率，提高发电量及风机可利用率，保障机组安全运行，具备很大的经济效益；另一方面，升级改造可以 满足电网对机组逐步的提高涉网特性，使老旧机型顺利通过电网测试要求。该技术涉及改造升级项目在400台以上，经过改造的机组，能更好的通过电网高穿、调频等涉网特性检测，获取第三方检测报告，可广泛推广应用。