雙饋式風力發電機低電壓穿越技術分析

沈 朗 國網嘉興供電公司

雙饋式風力發電機低電壓穿越技術分析

沈 朗 國網嘉興供電公司

隨著我國經濟發展發展水平的不斷提高，各項電力設施建設取得了顯著成效，在電力設施日趨現代化與自動化下，為發電、輸電以及供電提供了更為科學、高效的設備支持，使電力資源得到高效、優化利用。本文將對雙饋式風力發電機低電壓穿越技術進行研究，分析該技術風電場對電力系統的影響。

雙饋式風力發電；發電機；電壓穿越技術

風力發電是在我國新能源戰略下開發與應用的新型發電模式，成為全球發展速度最快的清潔能源，也促使雙饋式發電機成為應用最廣的，集變速運行與變流器容量小優點為一體的風力發電設備。過去應用的保護設備要求與電網解列，失去電網的支撐作用，容易出現嚴重的連鎖反應，基于此，當電網、電壓跌落時風電場需維持一定時間，確保電網連接不發生解列，這一要求即為低電壓穿越（LVRT）雙饋式分力發電機因結構特征，存在諸多難點，比如，控制策略需滿足不同機組、不同參數適應性，故障期間轉子側沖擊電流與直流母線過電壓均要在可承受范圍內等。本文將對雙饋感應發電機模型進行分析，提出技術應用策略。

1. 實現LVRT要求

雙饋風力發電系統需實現以下要求：（1）電網發生故障時，保護電網與電壓、變流器不出現損壞。（2）將故障時機械轉矩躍變對齒輪箱與風機造成的沖擊，進而避免齒輪箱出現機械磨損。（3）需與電網的LVRT標準滿足，隨著我國風力發電產業快速發展，大規模發電項目被提上日程，但是風力發電能源供應不足，對電網穩定性帶來了不利影響[1]。由此，加快LVRT標準制度對風力發電穩定持續運行有重要意義。

2. LVRT實現方法

2.1 傳統控制策略不適合故障過程控制

通過雙饋電機轉子軸的有功與無功解耦控制的控制方法，但是這種方法構造單一，不能獲得更好的穩態響應。此方法不適應故障期間的控制分析：該控制方法將定子磁鏈的暫態過程忽略了，認為定子磁鏈保持恒定，出現故障后電壓解耦控制將不能實現；其次，電機端電壓在出現故障會發生躍變，定子磁鏈測定應用的積分器飽和，從而使磁鏈定向失去準確性，從而使整個故障控制過程變得艱難[2]。

2.2 增加硬件電路的實現方法

2.2.1 Crowbar電路

雙饋感應發電機增加電路使系統的LVRT得以實現，這種實現方法最為常見，適合雙饋感應發電機的Crowbar的電路有很多。Crowbar電路選取非常重要，變流器端的電壓需控制好，不能太高也不能太低，不能對電流進行限制。發生短路時可將Crowbar電路接入實現限流。如果電壓跌落持續較長時間，電機會在故障期間提供無功給電網，但是需要注意的是，切換不需要再使用特殊的控制方法，但是會出現嚴重的暫態[3]。鑒于此過程電機沒有與電網發生解列，電機依然可以生成電磁轉矩，可以將風機產生的機械轉矩抵消。

消除故障后，風力發電機會馬上恢復原有的工作模式，如果不能采取這種模式，電壓恢復暫態容易出現與返回值不匹配的情況，容易使積分出現飽和，產生更加嚴重的暫態響應。由此，為了使切換更加平滑，必須將參考值設置為實際值，這樣才能使整個狀態是緩慢、安全的。

2.2.2 能量存儲系統

電壓出現跌落在故障期間難以對直流電壓控制時，可以應用能量存儲系統（ESS），這一系統的優勢是能夠存儲過剩的能量，且在故障后將這些能量再次輸送到電網中[4]。這種方法避免了Crowbar運行狀態切換問題，還能避免出現切換失誤造成的暫態，可以持續調控系統，缺點是ESS不能控制轉子電流，為了使變流器不因轉子過電流出現損壞，需要使用較大容量側變流器。

2.2.3 定子側的電子開關

為了使系統控制能力得以保證，減少轉矩振蕩情況，可以在定子側與電網間并聯晶閘管作為電子開關，從而分離定子快速與電網。其控制過程為：發生故障時，將定子與電網連接切斷，對轉子側的逆變器進行控制，可以使電機順利去磁，實現雙饋電機與電網的同步，使電機定子成功連接到電網，恢復正常工作狀態。

3.結束語

本文主要對雙饋式風力發電機低電壓穿越技術（LVRT）的提出與應用進行了分析，我國在應用LVRT時依然存在較多問題，且未來將面臨更多問題，比如，LVRT技術規范、具備LVRT能力的風力發電機模型構建、評價LVRT功能、效率與影響的方法等。但可以肯定的是，LVRT技術應用對維持電網運行與推進風力發電發展有重要作用，值得進一步研究。

[1]程孟增. 雙饋風力發電系統低電壓穿越關鍵技術研究[D].上海交通大學,2012.

[2]蔚蘭,陳宇晨,陳國呈,吳國祥. 雙饋感應風力發電機低電壓穿越控制策略的理論分析與實驗研究[J]. 電工技術學報,2011,07:30-36.

[3]李廣博. 雙饋感應風力發電機組低電壓穿越特性研究[D].沈陽工業大學,2010.

[4]鄧友漢. 雙饋風力發電機最大風能捕捉及低電壓運行技術研究[D].武漢大學,2014.