探讨双馈风力发电系统低电压穿越技术及控制策略

探讨双馈风力发电系统低电压穿越技术及控制策略

荣志强

国家电投东北新能源发展有限公司 辽宁省沈阳市 110000

摘要：本文主要研究双馈风力发电系统低电压穿越技术及控制策略，首先对双馈风力发电系统低电压穿越要求及存在的问题进行介绍，了解双馈风力发电系统低电压穿越技术的基本特点，重点分析双馈风力发电系统低电压穿越关键技术，在此基础上总结双馈风力发电系统低电压穿越控制策略。

关键词：双馈风力发电系统；低电压穿越技术；控制策略

1引言

近些年来，我国风电技术不断深化，风电产业规模也不断扩大，在未来风电技术将逐渐成为我国电力行业的主流。但在风电产业发展的实际情况中，风电存在的不稳定性和间歇性弊端也愈加明显，且也对电力系统的安全稳定运行造成不良影响，比如典型的电压跌落引发低电压故障和穿越问题。因此在现阶段加强对于双馈风力发电系统低电压穿越技术及控制策略的研究具有重要的现实意义。

2双馈风力发电系统低电压穿越要求及问题

2.1双馈风力发电系统低电压穿越要求

近年来随着我国风力发电产业的不断发展，风电产能在能源产能中所占的比例不断增高。国家电网公司针对风力发电产业的发展制定出台关于风电场入网的规定，相关规定中指出了风电机组连续运行的时间长短、入网的电压大小以及出现故障时间的长短之间的具体关系。当风电机组的运行状况处于故障持续时间和并网电压与额定电压比值规定的实线范围以上时，风电机组能够始终保持并网状态并连续运行发电，反之风电机组从电网中脱离切出。

2.2 双馈风力发电系统低电压穿越问题

在风电机组的运行中，机组单元缺乏硬件支持是导致风电机组出现低压故障的主要原因，低压故障的典型现象为机组在运行过程出现明显的无功负荷问题，导致母线中端中的电压值不断升高。综合分析近年来风电机组的运行故障可知，风电机组与电网脱离后，普遍会出现无功负荷过大，风电发电机离网运行的情况。而且在低电压故障问题结束之后，风电机组中的低压无功补偿装置往往不能正常发挥自动切换功能，导致风电机组中产生大量的无功率积累，进而造成风电机组运行故障。
3双馈风力发电系统低电压穿越关键技术

转子保护技术是风力发电系统常用的保护技术，一般是借助硬件电路来应用转子保护技术。在电路设计中，在发电机转子的一侧放置风电机组转子的保护电路装置，同时对转子侧电路提供旁道。如果在风电机组的运行过程中出现电压跌落现象导致的双馈感应问题或者其他的典型故障，就会引发风电机组中励磁变流器的闭锁反应，从而发挥其保护作用，保护整体风力发电装置。励磁变流器的绕组功能直接关系到风电机组转子保护作用的发挥，利用励磁交流器，风电机组能够有效避免发电机的运行出现脱网问题。结合风电机组使用的感应发电机的作用原理及运转模式，能够有效维持双馈感应发电机的安全运行。

在电路设计方面，双馈式风电发力系统可以设计为以下两种不同的结构，基于IGBT型的Crowbar电路如图1右图所示，其主要区别在于二极管的串联使用。前者是通过控制二极管与器件串联来实现桥臂的安全操作，后者是串联两个二极管实现桥臂控制。在线路设计中将IGBT 器件与直流侧串联，如果电网在运行过程中发生故障，这样的设计能够保持电网与转子间绕组始终处于安全连接状态。当风电机组电路逐渐进入正常工作状态时，双馈电动机自动切换转变为感应电动机运行，而且双馈发电机能够始终保持与电网的同步运行。

图1 Crowbar电路图

当电网系统出现故障进行故障处理后，现场操作人员需要及时关闭功率开关，同时根据电力系统的实际运行情况将Crowbar电路断开切除，这样能够促使双馈感应发电机从故障状态恢复到正常运行状态。地电压检测系统的作用是在并网运行状态监测调整并优化风电机组并网的电压限值。电压等级的定义处理以及低压持续时间的设定是通过设定额定电压百分比来实现。如果在风电机组并网运行过程中，出现电网电压比严重偏离设定数值的情况，保护系统会判定此状态为低压事件，与此同时会启动系统的自动化检测功能会判断低压事件对电力系统造成的影响的等级，并启用备用电源为其他器件供电，有效避免风电机组由于低压事件造成的脱网故障。而且风电机组内部的控制系统能够有效监测分析发电机转子端的电流变化，如果监测发现电网处于超过预期的范围的低电压运行状态时，系统会自动启动交流器控制器的转子短路保护功能，保障发电系统的安全运行。

4双馈风力发电系统低电压穿越控制策略

其一是实时监测电网的运行状态，如果出现双馈风力发电系统低电压穿越故障，无法完成电网对于能量的供给或吸收功能时，工作人员可以介入系统的运行，调整风电机的参考功率，将其设置为0从而降低风险隐患。其二是在故障状态下重点控制风电机转子侧，全面提升风电系统的低电压穿越能力。其三是利用控制器对定子或直流电压故障进行安全检测，综合分析检测反馈结果，进一步确定发电系统运行中出现的电流信号问题，有效补偿故障量。同时利用另一侧的控制器检测功率异常问题以及转子电流是否存在，有效补偿信号。其四是利用低电压穿越原理，严格控制短路过程过电流问题，当出现系统故障时，操作人员利用转子电压弱化处理负序分量作用和定子磁链直流分量及。同时可以借助发电系统中的定向转子电流实现对于转子磁链中产生的负序分量和直流分量问题的抵消。如果条件允许，操作人员可以通过增加定子及转子漏感来抵消转子电流问题，综合以上手段能够大幅度提升机组低电压穿越能力。

5结语

通过本文的分析可知，双馈风力发电系统低电压穿越技术对于保障电网安全运行具有重要的作用，针对其控制可以从优化控制策略和增设硬件设备入手，后者的控制效果会更理想。

参考文献：

[1]曹雷年.双馈风力发电系统低电压穿越关键技术[J].通信电源技术,2021,38(1):229-231,234.

[2]颜湘武,崔森,孙雪薇,等.双馈风力发电机组全运行工况与快速启动电磁暂态建模[J].电网技术,2021,45(4):1250-1257.