风力发电机组低电压穿越技术探析

风力发电机组低电压穿越技术探析

刘建军

国电电力山西新能源开发有限公司    山西大同 037000

摘要：近年来，随着科技水平的不断提高，风力发电技术体系日益成熟，风电产业规模呈现出爆发式增长态势。但在接入电网出现运行故障、电压异常波动时，将会对风电系统与风力发电机组的运行状态造成影响，可能出现风电机组脱网解列问题，对发电企业造成严重的损失。因此，本文围绕风力发电机组低电压穿越技术的应用问题进行探讨，希望通过改善风电机组低电压穿越性能，解决这一问题。

关键词：风力发电机组；低电压穿越技术；应用

一、风力发电机组低电压穿越技术概述

1.技术原理

风电机组低电压穿越技术是当风力发电系统所接入电网出现各类运行故障、电压跌落现象时，将会实时向所接入电网提供无功功率支撑，以此做到对电网正常运行状态的快速恢复，在短时间内将跌落的电压值调整至安全范围，避免风电机组出现局部或是大规模脱网现象。根据低电压穿越技术要求可知，在电网电压异常波动时，如若实时电压值、故障发生时间处于风机跳闸区域时，将会对风电机组采取必要的脱网解列措施，避免风电机组受到外部因素影响出现损坏问题。而在实时电压值、故障发生时间保持在曲线上方区域时，会持续向所接入电网提供无功功率，风电机组将保持并网运行状态。

2.技术标准

现阶段，在应用低电压穿越技术时，为取得应有的技术作用，保障风电机组运行安全稳定，必须满足不脱网运行、具备无功支持以及有功恢复使用功能的技术应用标准，具体如下。

（1）不脱网运行。在风电场运行过程中，如若实时并网点电压值稳定保持在相应电压轮廓线上方区域中，要求风电机组稳定保持为并网运行状态，禁止风电机组出现脱网解列现象。在电网电压脱落后，风电机组将在一定时间内仍旧保持并网运行状态，提供无功功率补偿，将电网电压值快速提升至额定值。如若电网电压值在一定时间没有得到有效恢复、处于电压轮廓线下方区域时，将风电机组从电网中切出。

（2）无功支持。根据技术实际应用情况来看，在出现电网三相电压对称跌落、并网点电压小于额定值90%现象时，都将对所接入电网提供无功电流，起到控制电网稳定运行、快速恢复正常电压值的作用。要求电网电压跌落现象出现80ms内，可以将电网实时电压值恢复到额定值，且风电机组将会保持600ms的并网运行状态，所提供无功电流大小视所接入电网的网压幅值而定，电网电压降低幅度越大，则所提供无功电流越大。

（3）有功恢复。当所接入电网出现各类运行故障时，如若没有将风电机组从电网中切出，在电网故障问题得到有效解决后，将会持续以适当的有功功率进行恢复，直至恢复到正常运行状态为止。

二、风力发电机组低电压穿越技术的具体应用

1.优化双馈励磁控制

以常见的双馈风电机组为例，在老旧型号的双馈风电机组中，往往采取了定子电压/磁链定向矢量控制技术措施，使得风电机组同时具备有无功功率、有功功率独立调节使用功能。当风电场所接入电网出现运行故障、电压异常波动时，风电机组中的转子部件将会持续产生过电压、形成较大过电流，有可能对变流器的运行状态造成干扰影响，这也是双馈风电机组暂态特性的表现形式。

因此，在应用低电压穿越技术时，根据实际情况，技术人员可选择采取电机暂态磁链补偿措施、或是调整转子电流环带宽的技术措施，都可以有效解决以上问题，对双馈风电机组的励磁控制模式进行优化。其中，在采取电机暂态磁链补偿措施时，必须正确认识到定子磁链以及转子电流二者的空间矢量关系，基于暂态响应特征，在所接入电网运行不稳时，通过调整漏磁场分量以及转子电流空间矢量，即可做到对定子磁链负序以及暂态直流分量所造成影响到有效消除，从而预防转子形成较大过电流问题出现。但是，这项技术措施存在应用局限性，如若电网电压降幅值过大，难以取得预期技术作用。

在采取调整转子电流环带宽技术措施时，需要根据实际情况对转子电流值进行适当调整，减小电压跌落现象对变流器运行状态造成的影响。值得注意的是，转子电流控制力度取决于电流环带宽大小等因素，励磁控制质量视实际情况而定。

2.应用转子侧撬棍技术

转子侧撬棍技术指，在风力发电机组的转子侧端设置crowbar电路，可将其分为无源技术以及有源技术，不同技术类型的应用原理、控制模式存在差异。其中，在应用无源保护技术时，在检测到直流侧电压等参数达到相应保护指后，将会触发无源保护电路中的晶闸管的工作机制，在短时间内开展保护动作，快速断开转子侧变流器以及转子绕组二者连接，避免转子变流器运行状态受到转子绕组短路问题的干扰影响。在定子侧与所接入电网连接断开后，控制风电机组重新并网运行。

在应用有源保护技术时，为提高电路切除速度，可选择在保护电路中配置IGBT等具备可关断使用功能的元器件。在检测到所接入电网出现运行故障问题后，将转子、侧端变流器二者保持为稳定的连接状态。随后，在确定电网运行故障得到有效解决后，再对保护电路开展切除操作、或是对旁路电阻开展切除操作，恢复风电系统的正常运行状态。

3.定子侧加装穿越设备

技术人员可选择在风力发电机组的定子侧端部位中设置快速交流开关装置，该装置将起到根据风电系统实时运行状态选择性切断电机定子与电网连接的作用。在检测到所接入电网恢复到正常运行状态后，再对风电机组开展并网处理。如此，可以有效减小电磁振荡、转子过压现象对风电机组造成的影响，减小无功功率消耗量，保证风电机组在特殊情况下可以开展短暂中断操作。但是，在电网电压跌落过程中，无法起到加速电压恢复的作用。

同时，技术人员也可选择在风电机组定子侧端中设置串联抗组装置，这将起到有效抑制转子侧过流、磁链振荡影响的作用。在所接入电网出现运行故障后，所安装旁路串联阻抗装置将会自动开展交流开关保护动作，控制电机定子侧端电压值。但是，这项技术措施的适用性较差，要求风电机组中配置有大功率电阻。

三、风力发电机组低电压穿越性能测试

在应用低电压穿越技术，对风电机组开展低电压穿越改造工作时，为全面检查、准确评估风电机组低电压穿越性能，工作人员需要开展一系列性能测试，具体如下。

1.UPS测试

工作人员检查箱变400V电源是否准备完毕，确定一切无误后，打开箱变电源，一定时间后，延时继电器装置将启动电源，与网侧接触器保持为吸合状态。如若电源开关启动及时、灵活，PLC保持为正常运行状态，表明延时继电器运行质量达标，即可完成UPS测试。

2.空载测试

提前对处于未接网状态的变频器设备开展一定时间的空载操作，工作人员同步观察IGBT实时工作温度。如若变频器处于空载状态时常出现散热不均等现象时，表明水冷系统存在故障问题，如回路内残留气体等等。在问题得到有效处理、或是变频器运行状态无误后，再开展后续加载试验。

3.手动并网

工作人员以现场调试流程为开展变频器测试工作的主要参照，依次开展安全链出发、自动并网测试、功率测试等等。同时，开展手动并网测试，重点检查风电机启动情况、转动速度，确定风机转速稳定保持在1300RPM及以上时，再开展并网测试。

结语：综上所述，为解决风电机组大规模脱网问题、保证风电场运行稳定，技术人员必须深入了解低电压穿越技术的原理与标准，结合项目实际情况灵活采取上述技术措施，及早完成风力发电机组低电压穿越技术改造工作，以此推动我国风力发电事业的可持续发展。

参考文献：

[1]钟成元,方勤,陈东霞.双馈式风力发电机组低电压穿越技术综述[J].电气时代,2017(02).

[2]王有荣,王媛,牛问涛,王宝清.低电压穿越技术在双馈风力发电机组中的应用[J].内蒙古石油化工,2014,40(07).

[3]周庆,方毅.双馈风力发电机低电压穿越技术研究综述[J].科技信息,2014(10).