變速恒頻直驅型風電系統低壓穿越技術

李瑞青

（中電投內蒙古新能源有限公司，內蒙古呼和浩特 010000）

變速恒頻直驅型風電系統低壓穿越技術

李瑞青

（中電投內蒙古新能源有限公司，內蒙古呼和浩特 010000）

隨著我國電網建設步伐的加快，對變速恒頻型風電的應用提出更高的要求。尤其當前電力系統運行中可能發生的電壓突然跌落等情形，極易造成電網的正常運行受到影響且系統設備容易受損。對此通過長期實踐研究發現含，引入低壓穿越技術可使風電系統的運行更為可靠，其自身低壓運行特色成為吸引當前電網建設的主要內容。本文主要對LVRT風電系統的相關概述、低壓穿越技術的應用現狀以及LVRT未來發展趨勢進行探析。

變頻恒速 低壓穿越 發展趨勢

作為當前電網中新型風力發電系統之一，PMSG風電系統在發電機組驅動方面主要以風電機為主，可使系統運行中齒輪箱故障問題得以有效解決，電網在變流器作用下與整個機組保持隔離，這樣即使電網發生故障時對系統運行也不會產生較大影響，在實際維護中可減少投入的成本。而其自身優勢的發揮主要得益于低壓穿越技術的應用，盡管其當前在電網中的應用不夠成熟，但未來發展中將趨于完善。

1 PMSG風電系統的相關概述

從現行PMSG風電系統的實際運行原理看，其主要在風力機作用下使風能進行機械能的轉化，風向與風速的變化下發電機會逐漸形成原始電能，其中的原始電能在發電機定子作用下會以標準電能的形式存在，此時并網開關可控制風電系統完成脫網或并網等環節。現行低壓穿越技術在風電系統中的應用已較為成熟，尤其在變速機組方面表現更為明顯，其相比以往恒速機組，盡管在系統成本方面較高，但機組的整體性能無法被忽視，既可實現捕獲最大風能的目標且在運行中使機組噪聲得以減少。其中低壓穿越技術在PMSG系統運行中的應用主要體現在：第一，電網異常情況或故障狀態下仍可繼續運行，因脫網事故造成的電網裂解情況得以緩解。第二，可為能量的累積營造良好的環境，相應的設備器件如保護功率器可發揮其應有的作用。第三，在電網故障狀態下可起到無功功率補償的作用，具有一定的電網恢復輔助作用［1］。

2 低壓穿越技術的應用現狀

PMSG風電系統是當前電網建設中應用的新型風電系統之一，其針對自身存在的電壓跌落問題，往往利用變流器使發電機進行隔離，以此確保發電機穩定運行。同時，PMSG系統在電網中的應用也具有無功控制的功能，可進行無功功率的補償。從低壓穿越技術的應用現狀看，具體表現在以下兩方面。

2.1 LVRT在硬件保護電路方面的應用

在電網運行狀態正常的情況下，功率器件的形式主要以關斷為主，而在電壓出現跌落情況下會使功率器件保持開啟狀態已達到電路保護的目標。這種方式應用的優勢在于具有較強的可靠性且操作較為簡單，但也存在一定的不足之處，電能將在功率器件執行保護功能時被損耗。對此現狀，許多學者在研究中多從直流母線電壓著手，采用下限值的方式，起到良好的保護效果，然而應用中發現控制過程極為復雜且需耗費較高的成本。或者采取引入儲能裝置的措施，使電壓跌落或母線過壓情況下裝置都可進行能量的適時吸收與釋放，但這種方式涉及的裝置成本極高，在現行電網建設中很難普及。因此，為使系統運行得以保護，便將網側變流器設置于系統中，通過其低壓穿越策略使電網結構形成串聯、并聯兩種結構。應用的優勢主要體現在可充分利用電能，解決電能損耗過多等問題。而且電壓跌落情況下可直接將補償電壓串聯其中，在補償性能、響應速度等方面都具有極大的優勢。但這種方式涉及成本也相對較高，需在未來電網發展中不斷完善。

2.2 無功補償作用的實現

無功補償策略主要可使短時跌落的情況得以解決。一旦電壓跌落使電網發生故障，便需進行無功補償，此時要求進行無功功率給定值的控制工作已達到無功補償的目標。但應用中應注意需保證電流應控制在電流等級范圍內，若超出標準電流范圍將造成功率器件受損，因此這種方式僅適用于短時跌落情況。對此可在無功補償控制方面進行優化，從電壓跌落情況進行變流器無功電流的判斷，若電壓跌落情況較為嚴重可通過直流側卸荷電路進行電壓控制，但這種方式應用中存在一定的難點如線路阻抗或檢測電網電壓等方面的問題。因此這兩種方式在無功控制方面都具有一定的優勢與不足，可采取二者相結合的方式，對于硬件保護電路、解決電壓跌落故障等方面可起到更好的效果［2］。

3 低壓穿越技術的發展趨勢

LVRT技術應用下應結合風電系統的實際應用現狀與現行技術應用存在的不足，其未來發展中將著重從四方面進行：第一，相關技術規范標準的完善。關于LVRT技術在我國電網建設中的應用并不具備較為完善的規范標準，應將風電系統相關內容如開發商或設備制造等方面都應進行技術內容的制定，以此確保技術應用發揮應有的優勢。第二，故障檢測技術在LVRT中的體現。該技術是保證LVRT技術應用的基礎，能夠進行跌落故障類型的確定，在此基礎上做好裝置容量大小的確定工作。第三，切換控制。該技術主要針對切入電路或切出電路問題，可有效控制運行模式的切換。第四，控制技術的應用。控制技術在未來發展中將著重考慮減少硬件的使用，且無需耗費過多的成本便可實現硬件保護電路控制的目標［3］。

4 結語

低壓穿越技術在風電系統中的應用是保證系統穩定運行的關鍵所在。實際應用中應正視風電系統運行的基本原理，立足于現行低壓穿越技術應用的優勢與不足，在未來發展中注重從故障檢測、控制技術以及相關規范標準等方面進行完善，以此使低壓穿越技術的作用得以充分發揮。

［1］孟明，靖言，李和明.變速恒頻直驅型風電系統低壓穿越技術［J］.電工電能新技術，2011，02：53-58.

［2］王飛.變速恒頻風電機組低電壓穿越研究［D］.華北電力大學，2012.

［3］李利霞.直驅型永磁風力發電系統低電壓穿越技術研究［D］.華北電力大學，2013.