双馈式风力发电机低电压穿越技术的应用分析

摘 要 在能源问题影响全球人类经济发展的危机背景下，针对风力发电机组的装机容量需求正在呈现快速增长发展趋势，但装机容量的提升必然会影响到电网稳定性，甚至对风电接入电网电能质量产生了严重扰动，电力系统也因此无法做到安全稳定运行。所以本文中专门谈到了双馈式风力发电机组中的低电压穿越技术，并对技术内容的具体应用实现进行了深层次分析。

关键词 低电压穿越技术;双馈式风力发电机;控制策略改进;控制流程

从2007年到2020年，全球的风电机组装机容量已经总共上升100000GW，其中以美国、欧洲的风电机组市场发展最炙手可热。相比之下我国发展风力发电技术较晚（1990年以后），但装机容量增速较快，截止到2020年总装机容量已经超过6000MW，年增长率超过30%，位居世界第五位。目前我国的风力发电技术已经相当成熟，风力发电机组投入运行数量也越来越多，风力发电占国家总供电比重增长十分迅速。不过与此同时，电网故障所导致的电压跌落问题却相当严重，例如，风力机组纷纷解列所造成的系统暂态不稳定問题，它可直接造成系统局部全面瘫痪，因此说目前深入研究低电压穿越技术是相当有必要的。

1双馈式风电机组中的低电压穿越技术的实践应用

1.1 低电压穿越技术应用功能

目前的双馈式风力发电机组都应该具备低电压穿越技术功能，如果它具备这一技术功能，它也应该同样具备其他功能，例如在机组出现端电压剧烈浮动时，它依然可保持并网不脱机正常操作;例如如果出现机组电压下降状况，它会控制控制器部分通过液压蓄能器或蓄电池装置实现变桨操作，有效规避风轮过速这一常见故障问题的发生;而在电压波动期间，则需要保护变流器与发电机避免受到高电流、高电压损耗;最后有必要短暂关闭暴露在外的低电压部分，避免其电路断路器低电压受到损害，有必要对跳闸非关键子系统进行分析。总体来讲，就是要确保做到在电网电压跌落过程中所导致的双馈式分电机组感应失效，亦或者说导致励磁变流器脱网运行，无法发挥其有效功能作用。目前国内外学者都在深入研究当电网故障发生时双馈感应发电机所造成的电路损坏问题，并提出了一系列的控制策略与保护原理。它就希望基于当前最为主流的低电压穿越技术对电路内容进行保护，首先是对转子短路部分的保护，其次是对控制策略的有效改进与实现[1]。

1.2 对转子短路的保护技术实践应用

转子短路保护技术应用在目前的低电压穿越技术体系中应用较为广泛，它主要是通过增加硬件来实现电路调整。例如可在发电机转子侧装配旁路电路，然后检测电网系统故障可能出现的电压跌落问题，此时要操作双馈式风力发电机组关闭闭锁，同时在转子回路旁路位置释能电阻，达到保护装置的目的。在该过程中，需要合理限制励磁变流器中电流与转子部分，思考它们维维持发电机不脱网运行的正确方法。简单来讲，应该保证机组按照感应电动机方式进行运行，所以以下简单介绍了两种转子短路保护技术电路[2]。

第一种是混合桥型转子短路保护电路，混合桥型转子短路保护电路中设置了多根桥臂，它们全部由控制器与二极管串联并操控。另外一种是IGBT型转子短路保护电路。IGBT型转子短路保护电路中的所有桥臂都附带了两根二极管串联结构，它的直流侧直接穿入一个IGBT器件，而它的另一侧则是吸收电阻。

如果上述两种转子短路保护电路则必须做到第一时间切除故障，始终保证电网与转子绕组保持机械、联网双重连接关系，最好做到双馈感应与电机电网同步运行。如此一来，如果一旦电网故障消除，故障功率开关可关断，再切除转子短路保护电路即可，此时双馈式风力发电机组可正常参与生产运行。

结合上述技术实现，可以了解到双馈风电机组实现低电压穿越的整个技术控制过程。如果风力发电机组恰好处于并网运行状态中，需要利用低电压检测系统，结合神产房具体要求对机组运行状况进行预先设定，并找到合理的电压限值，明确电压降低程度。如果在测量明确电压后，需要对低压持续时间进行分析，再次明确电压限值系统汇总的低压判定事件。同时，也要对控制系统发电转子一侧的电流进行监控控制，观察其是否会出现低电压持续时间超出设定限制的问题。仔细分析低压事件在结束后可能出现的机组输出功率再过度上升问题，同时保证主控制器系统能够被合理切换回正常工作状态即可。总结来讲，低电压穿越控制的技术流程应该如下：

开始→低电压检测→部分器件备用电源启动→非关键部分供电切断→发电及转子侧电流检测→选择性启动Orowbar→恢复系统正常供电→技术。

1.3 对控制策略的改进技术实践应用

需要对双馈式风力发电机组的低电压穿越问题进行分析，提出控制策略改进技术实践应用过程。首先，它应该在机组故障过程中将机组参考功率设定为0;其次，应该基于故障过程中的转子侧进行分析，最好建立H控制器，在网侧控制器位置检测直流电压故障与定子端电压故障，产生控制器检测定子有功与无功异常状况，并有必要对转子电力信号进行相应补偿。

其次，要针对双馈式风力发电机组低电压检测系统进行预先设定，保证其电压限值被控制在合理范围内，此时可基于电压限值系统将其判定为低压事件，需要结合低压影响严重程度做到对低压穿越技术的有效调整与技术方案改进。例如检查低电压持续时间是否超出设定限值，同时分析变流器控制器在启动转子短路过程中的保护装置期间损坏问题，最终将主控制器系统切换恢复到正常工作状态下即可。

2结束语

本文简单探讨了低电压穿越技术在双馈式风力发电机组中的具体应用。它主要结合电网电压跌落水平状态来判断机组输出电能质量，并对机组中的电压穿越技术实施标准要求进行了分析，先后提出了转子短路的保护技术与机组控制改进策略，希望为双馈式风力发电机组正常稳定生产运行创造优越的技术应用空间条件。

参考文献

[1] 王有荣，王媛，牛问涛，等.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（7）：94-96.

[2] 傅伯雄.风力发电并网低/高电压穿越技术的研究[D].河北：河北科技大学，2015.

作者简介

邓立荣（1963-），男，安徽合肥人;学历：本科、学士，职称：工程师，现就职单位：阳光电源股份有限公司，研究方向：光伏和风电并网逆变器产品开发。