双馈式风力发电机低电压穿越技术分析

沈 朗 国网嘉兴供电公司

双馈式风力发电机低电压穿越技术分析

沈 朗 国网嘉兴供电公司

随着我国经济发展发展水平的不断提高，各项电力设施建设取得了显著成效，在电力设施日趋现代化与自动化下，为发电、输电以及供电提供了更为科学、高效的设备支持，使电力资源得到高效、优化利用。本文将对双馈式风力发电机低电压穿越技术进行研究，分析该技术风电场对电力系统的影响。

双馈式风力发电；发电机；电压穿越技术

风力发电是在我国新能源战略下开发与应用的新型发电模式，成为全球发展速度最快的清洁能源，也促使双馈式发电机成为应用最广的，集变速运行与变流器容量小优点为一体的风力发电设备。过去应用的保护设备要求与电网解列，失去电网的支撑作用，容易出现严重的连锁反应，基于此，当电网、电压跌落时风电场需维持一定时间，确保电网连接不发生解列，这一要求即为低电压穿越（LVRT）双馈式分力发电机因结构特征，存在诸多难点，比如，控制策略需满足不同机组、不同参数适应性，故障期间转子侧冲击电流与直流母线过电压均要在可承受范围内等。本文将对双馈感应发电机模型进行分析，提出技术应用策略。

1. 实现LVRT要求

双馈风力发电系统需实现以下要求：（1）电网发生故障时，保护电网与电压、变流器不出现损坏。（2）将故障时机械转矩跃变对齿轮箱与风机造成的冲击，进而避免齿轮箱出现机械磨损。（3）需与电网的LVRT标准满足，随着我国风力发电产业快速发展，大规模发电项目被提上日程，但是风力发电能源供应不足，对电网稳定性带来了不利影响[1]。由此，加快LVRT标准制度对风力发电稳定持续运行有重要意义。

2. LVRT实现方法

2.1 传统控制策略不适合故障过程控制

通过双馈电机转子轴的有功与无功解耦控制的控制方法，但是这种方法构造单一，不能获得更好的稳态响应。此方法不适应故障期间的控制分析：该控制方法将定子磁链的暂态过程忽略了，认为定子磁链保持恒定，出现故障后电压解耦控制将不能实现；其次，电机端电压在出现故障会发生跃变，定子磁链测定应用的积分器饱和，从而使磁链定向失去准确性，从而使整个故障控制过程变得艰难[2]。

2.2 增加硬件电路的实现方法

2.2.1 Crowbar电路

双馈感应发电机增加电路使系统的LVRT得以实现，这种实现方法最为常见，适合双馈感应发电机的Crowbar的电路有很多。Crowbar电路选取非常重要，变流器端的电压需控制好，不能太高也不能太低，不能对电流进行限制。发生短路时可将Crowbar电路接入实现限流。如果电压跌落持续较长时间，电机会在故障期间提供无功给电网，但是需要注意的是，切换不需要再使用特殊的控制方法，但是会出现严重的暂态[3]。鉴于此过程电机没有与电网发生解列，电机依然可以生成电磁转矩，可以将风机产生的机械转矩抵消。

消除故障后，风力发电机会马上恢复原有的工作模式，如果不能采取这种模式，电压恢复暂态容易出现与返回值不匹配的情况，容易使积分出现饱和，产生更加严重的暂态响应。由此，为了使切换更加平滑，必须将参考值设置为实际值，这样才能使整个状态是缓慢、安全的。

2.2.2 能量存储系统

电压出现跌落在故障期间难以对直流电压控制时，可以应用能量存储系统（ESS），这一系统的优势是能够存储过剩的能量，且在故障后将这些能量再次输送到电网中[4]。这种方法避免了Crowbar运行状态切换问题，还能避免出现切换失误造成的暂态，可以持续调控系统，缺点是ESS不能控制转子电流，为了使变流器不因转子过电流出现损坏，需要使用较大容量侧变流器。

2.2.3 定子侧的电子开关

为了使系统控制能力得以保证，减少转矩振荡情况，可以在定子侧与电网间并联晶闸管作为电子开关，从而分离定子快速与电网。其控制过程为：发生故障时，将定子与电网连接切断，对转子侧的逆变器进行控制，可以使电机顺利去磁，实现双馈电机与电网的同步，使电机定子成功连接到电网，恢复正常工作状态。

3.结束语

本文主要对双馈式风力发电机低电压穿越技术（LVRT）的提出与应用进行了分析，我国在应用LVRT时依然存在较多问题，且未来将面临更多问题，比如，LVRT技术规范、具备LVRT能力的风力发电机模型构建、评价LVRT功能、效率与影响的方法等。但可以肯定的是，LVRT技术应用对维持电网运行与推进风力发电发展有重要作用，值得进一步研究。

[1]程孟增. 双馈风力发电系统低电压穿越关键技术研究[D].上海交通大学,2012.

[2]蔚兰,陈宇晨,陈国呈,吴国祥. 双馈感应风力发电机低电压穿越控制策略的理论分析与实验研究[J]. 电工技术学报,2011,07:30-36.

[3]李广博. 双馈感应风力发电机组低电压穿越特性研究[D].沈阳工业大学,2010.

[4]邓友汉. 双馈风力发电机最大风能捕捉及低电压运行技术研究[D].武汉大学,2014.