風力發電機組故障穿越問題綜述

高曉華

(福建海上風電運維服務有限公司，福建 福州 350000)

1 風電機組故障穿越概念

世界各國的標準對風力發電機的故障排除能力基本有相同的定義。基本內容可以總結如下：根據標準要求，該設備可確保連續運行而不會離網，并且可以平穩過渡到正常運行。通過對國家標準的研究，發現缺陷騎行包括低壓騎行和高壓騎行。目前，澳大利亞和其他國家/地區對HVRT有明確的標準，但在中國仍然空白。當前，所有國家/地區都對LVRT電網連接法規有明確的要求。

2 發電機組由穿越性故障所造成的影響

風電機組作為風力發電的核心設備，由于在工作過程中的工作原理不同大致可以分為3類，并且這3類造成穿越性故障的原理略有不同。首先，雙反饋異步電機組。這種電機組在工作的過程中，如果電網所提供的電壓突然降低，會造成電流瞬間發生巨大變化，使轉子的轉速驟然提升，會對發電機組產生嚴重的沖擊，造成發電機組的物理損壞。其次，定速異步風電機組。這種發電機組在進行工作時，出現穿越性故障主要表現在轉子的頻率和電壓上，會給轉子的工作造成較大硬傷。最后，直驅永磁風電機組。這種發電機組產生穿越性故障主要是變流器導致的，在設備工作時，由于無法在出現問題時對電流進行及時地調整，導致整個設備的能量失衡，從而造成設備的故障。

3 在風力發電系統中風力發電系統故障穿越能力的重要性

3.1 在電壓控制方面的作用

在風力發電的過程中，涉及到了多種類型和型號的風力發電機組，并且每個風力發電機組在發生穿越性故障時，對功率、電壓以及無功功率的影響存在一定的差異。此外，在發生故障期間，對電壓的補償方面也存在多種進行補償的相關設備，保證設備能夠在正常的電壓下進行正常工作。因此，在進行故障穿越時，要保障補償設備能夠根據當時的故障環境，做出針對性及時有效的措施，來確保在發生問題時保障系統的潮流分布，由此可以看出故障穿越能力對電壓方面的控制有很大作用。

3.2 在對風力發電的系統規劃等方面的作用

在進行風力發電的規模和規劃等方面設計時，要嚴格地參考故障穿越能力的大小來進行相關的風力發電規模和風力發電的系統進行相關的規劃工作，保證在風力發電機組進行工作時，如果出現穿越性故障，能夠很好地對故障進行穿越，保證發電機組的正常工作。由此，可以看出風力發電的故障穿越能力對整個發電工程具有重要作用。

3.3 在發電系統穩定性中的作用

在整個風力發電機組進行工作的過程中，如果沒有很好的故障穿越能力，在發生故障時，會導致數臺發電機組一并發生脫網，對整個供電系統會產生巨大的壓力，甚至使整個發電系統陷入癱瘓狀態，造成重大后果。此外，在沒有故障穿越能力的機組在發生故障時，還會由于電壓驟然下降，風電機組會進行自保護，進一步地降低整個工程電壓。由此，可以看出故障穿越能力對整個發電系統具有重要意義。

4 怎樣才能提高風力發電機組的故障穿越能力

隨著風力發電能力的不斷提高，世界上許多國家/地區都需要風力發電機的除塵能力。當前，國內外已經進行了許多關于如何提高風力發電機故障行駛能力的研究。首先是分析制動電阻對風力發電系統的影響。在系統故障的情況下，分析了連接到變速雙電源風電場升壓變電站的低壓站和雙電源風力發電機機械級的制動電阻的影響。無論制動電阻是連接到風電場的升壓變電站低壓站還是風電場的每個單元的端子，都可以提高風力發電機的故障穿越能力，這有利于風力發電機的暫態穩定性。當制動電阻器連接到故障發電機端時，將制動電阻器連接到風電場升壓變電站中的低壓站要比改進的方法更好。

要提高發電機組的故障穿越能力，還必須根據不同的風力發電機組的特點，進行相應的針對性措施，進行適配性地改進。

對于提升定速異步風力發電機組的故障穿越能力，通過一些外加的設備措施和相關的技術進行改進。通過有關技術，用一整套的SVG對電網和發電機組進行串聯工作，防止故障的發生過程中，定子由于故障問題，電流和電壓產生巨大逆轉，造成對發電機組部件的損壞。

對于提升雙反饋異步發電機組的故障穿越能力，主要是根據跌落的電壓差來判斷使用何種設備進行電機組的保護工作。對于電壓差較小的，可以通過一定的技術手段進行控制，無需進行設備的引入。對于電壓差較大或適中的要采用技術和設備的雙結合工作，主要是進行變流器直流側電路的投入使用，以及進行一系列的相關技術調控手段，來確保電壓的穩定，防止由于電壓差過大造成設備部件的損壞，從而極大地提升了發電機組的故障穿越能力。

對于提升永磁風電機組的故障穿越能力，這類發電機組產生穿越性故障時，主要是在發電機組工作時由于相關故障原因，造成電網兩側的能量不平衡，長時間積累下去，造成設備部件的損壞。因此，在進行這類設備的處理工作時，主要是平衡電網兩側的能量差，在控制時主要是通過正、負雙電流內環獨立控制的策略，來對電網兩側進行協調，從而提升故障穿越能力。

5 結束語

風力發電機的驅動能力包括許多指標，以LVRT / HVRT為例，需要克服的12個技術要素：電壓變化水平、故障電壓持續時間、故障恢復時間、故障類型、故障情況下的有功功率控制、故障情況下的無功功率控制、故障速度判別、故障發生時的無功功率響應時間、故障后的有功功率恢復率、故障后的無功功率持續時間、超調控制功能和故障頻率。總之，要確保現代風力發電機組工作過程的穩定性，必須針對不同的風力發電機組進行針對性地研究，不斷提高風力發電機組的故障穿越能力，確保整個發電過程的良性運作。