双馈式风力发电机低电压穿越技术分析

双馈式风力发电机低电压穿越技术分析

张佳孔

国华（河北）新能源有限公司河北张家口075000

摘要：自改革开放以来，我国社会和经济的发展越来越快，电力行业相较之前也有了一定的进步。风能作为可再生的无危害资源，在全世界的共同关注下，世界上发达的国家都着重开展无污染以及可再生资源的研究，这可以大幅度减少资源浪费。现如今各国大都有成熟的发电机技术，发电机不断提升着承载量。但是目前的风力发电机稳定性不高，对于发电机电力系统运行有着很大影响。而并网运行能够使发电机组故障时使得发电机继续正常运行，由此可知双馈风力发电机低电压穿越技术在风电行业的发展中占据重要地位。本文大力研究了发电机结构，并介绍了其工作原理。

关键词：双馈式；风力发电；低电压穿越技术

一、国内外风力发电的发展状况

目前世界各国对开始深入研究双馈式发电机技术，各国家由于能源危机，更加依赖风力发电技术。在以美国为首的发达国家双馈式技术发展情况变得逐渐规模化。从2004年开始，世界新增风电机组通量提升量为40%，累计容量提升率达到30%。2009年世界增较大装机容量增额突破550亿欧元。到2009年底，世界发电机装机总量增长31%。我国双馈式发电机建设资金有很大程度减少，同时可以实现量产化，为我国双馈式发电机技术的发展提供了经验。总体来看，我国的双馈式机组技术越发熟练，风力发电机产业变得更稳定、高效。

二、低压穿越技术的重要性以及发展状况

我国的风力大小在各个城市以及各个位置都大不相同，例如在西藏等风力较大的自治区，这种较为偏远的地区电网强度弱。并且由于风力大小不容易控制致使发电机也较难控制，稳定度极低，由于风力大小变化迅速导致发电机也较难控制风能。在早些时候风力发电机的运行需要严格控制机组电压，当发电机组发生故障并脱离电压控制范围时，发电机会开启自动保护系统，发电机组将会停止供电。在将大容量发电机接入电网或发电机组所占电网比重较高时，若没有及时采取相应的发电机组并网行为，风力发电机会出现脱网并影响发电机电网安全性，若风力发电机有较大容量接入电场，应时刻注意是否发生机组故障，从而随时保障发电机正常运行。风力发电机发展开始时，风电场大都被认为是分布电源。不过随着国家发展以及大型风电技术以及组网技术成熟，风电场的装机容量也不断快速增加。由于风电系统的系统容量不断提高，是各个国家更加重视对于电场稳定运行的能力，世界各国都希望自己国家的风力发电机组能够具有常规系统的稳定能力。由于风力发电机组的容量有大幅度增加，对于电厂的稳定运行以及对系统的影响也在逐渐增加。因此双馈风力发电机低电压穿越的研究发展对于我国的发展有深远影响。

由于现如今世界的风力发电机组储量都较为充足，要想尽力减少发电机风力对系统整体造成负面影响，我国已经大力发展双馈式发电机的多种高新理念，并且全世界诸多国家也大力加强了对风力发电的研究，尤其十分注重双馈式机组的研究，同时也进行了变流器治理研究、并网技术研究等等，不过各国面临的主要问题仍是如何在保持发电机组正常的情况下正常运行，低电压穿越技术研究是发电机组研究中的重中之重。由于双馈风力发电机是新兴技术，在各类发电机类型中，显得更具特点、更为实用。第一，由于风能大小不同、风速不一致，在这两种不同情况下双馈式发电机都能保持较高的应用效率；第二，双馈式发电机由于变流器容量较小，并且成本较低，能充分节省经济；最后，双馈式发电机有较小体积，占地面积较小，并可以充分利用风能。

三、风力发电机组的结构理念

3.1双馈风力发电机的结构

双馈式感应风力发电机使用的转子侧结构为三相绕组机构，通过直交变电流与电网相连，双馈式发电机结构的定子处能够与电网进行充分相连，保持着机组的交流电充足性。在发电机工作时双馈式发电机能够充分将风能转化为电能，并将机械能充分分配到双馈式发电机电子轴上，此过程是由控制发电机的转子结构实现的，并且由于双馈式发电机能够充分将机械能转化为电能，而最终达到背靠背式的交变电流。因双馈式发电机是变速固定频率风力发电机，这就应当注意如何能够充分利用风能，也对帅窥视风力发电机的技术要求有了新的标准，随之产生了双馈式发电机的桨距角控住，当外界风力较大时，若想保持双馈式风力发电机有一个稳定的输出功率，便能够通过调整桨距角控制来实现对输出功率的控制；风力较小时，也能够保持桨距角控制率不变，从而充分收集风能进行利用。而发电机的转子侧电流控制，主要是通过调整开关处的导通角从而控制发电机的转子电流。

3.2双馈式风力发电机的应用理论

在现阶段所有的风力发电机中双馈风力发电机拥有最为独特的特征，不过仍有一些特征与异步风力发电机较为相似，但却与异步发电机有很大方面的不同。若要谈论两种发电机的不同，首当其冲的就是转子电流双馈式胜利法电机转子电流的提供方法是励磁，并且能够根据需要随时改变电流大小，控制较为简单；但我们常见的异步发电机，没有双馈式发电机那种简单高效的调节性。再将双馈式发电机的功率大小与目前世界上功率较大的发电机进行比较时，双馈式电机完美地展现出了经济效益，而这样的原因是。第一，从工作效益看，由于双馈式电机采用控制策略，能够同时控制无功、有功两种功率，充分说明，若发生电力系统功率减少或者出现电力系统风险故障、电压变化时，双馈风力发电机不仅能够补偿输出功率，还能够提供充分的无功功率给发电机组，补充无功功率的缺少量，增加系统电压，充分提高经济效益；第二，对于变流器的选择，因双馈式发电机定子侧不像转子侧能够直接与电网进行连接，而需要变流器进行背靠背处理，从而使得定子侧能够与电网相连，因此使得在工作时能够选择容量较小的转子电流变流器，从而充分减少成本，提高经济效益。

四、增加硬件电路的实现方法

Crowbar电路为双馈感应发电机增加Crowbar电路来实现系统的LVRT是目前最常用的方法，适用于双馈感应发电机的Crowbar电路有很多种该电路中电阻的选取至关重要，既不能太大以防变流器端电压过高，也不能太小致使不能有效限制电流。短路发生时接入Crowbar电路进行限流。如果电压跌落时间较长，超过0.1s，则断开Crowbar并使系统运行在正常工作模式，电机即可在故障期间为电网提供无功。但应注意，如果在切换时不采取特殊的控制则会产生较严重的暂态过程。由于在此过程中电机始终没有与电网解列，因而电机仍能产生电磁转矩以抵消风机产生的机械转矩，故电机转速不会上升过高。故障消除后，风力发电机恢复到正常工作状态，但如不采取特殊控制策略，在电压恢复造成的暂态过程中，各PI环节的给定与实际返回值之间的不匹配会导致积分饱和，这将产生严重的暂态响应。因此，为得到平滑的切换过程，须将各参考值设定为此过程中的实际值，这才能较缓慢地过渡到正常状态。该方法简单有效，且成本较低，便于实现，但实际效果严重依赖于内部运行条件和故障特征，对于非对称故障能起到的作用有限；并且Crowbar在不同运行状态间切换会不可避免地产生暂态响应，尤其是在电压恢复过程中，电网电压从故障状态恢复到正常会使系统产生一个暂态过程，若此时Crowbar退出还将加剧该暂态过渡过程。

五、结束语

由于现如今的双馈发电机组有着充足的容量，风电场的稳定运行对电力系统的影响也在渐渐增大。当发生严重发电机电网问题时，风力发电机能够并网工作是最好的处理方法，因此研究双馈风力发电机的低电压穿越能力具有重要意义，符合我国现代化建设理念。

参考文献：

[1]肖浩；提高双馈风力发电机低电压穿越能力理念，2016（7）

[2]朱晓东；双馈式发电机低电压穿越技术分析与研究，2016（12）