變速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力探析

唐宋波

（安徽龍?jiān)达L(fēng)力發(fā)電有限公司）

變速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力探析

唐宋波

（安徽龍?jiān)达L(fēng)力發(fā)電有限公司）

近年來(lái)，我國(guó)能源危機(jī)持續(xù)加重，環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，在此背景下，新能源行業(yè)引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注與討論。電能是我國(guó)現(xiàn)階段不可或缺的能源之一，目前，我國(guó)大部分地區(qū)采用火力發(fā)電，其對(duì)環(huán)境造成了較大的污染。當(dāng)前，風(fēng)能發(fā)電技術(shù)不斷地成熟，風(fēng)電逐漸走進(jìn)了人們的日常生活。低電壓穿越能力是變速風(fēng)電機(jī)組的重要屬性，需要引起技術(shù)人員的重視。筆者結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，在本文中探析了變速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力，供有關(guān)人員參考借鑒。

變速風(fēng)電機(jī)組；低電壓穿越能力；探析

引言

隨著城市化與工業(yè)化進(jìn)程的加速推進(jìn)，國(guó)內(nèi)社會(huì)對(duì)電力資源的需求愈來(lái)愈大，部分城市甚至出現(xiàn)了“電荒”現(xiàn)象，這對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)事業(yè)造成了不利影響。我國(guó)主要的發(fā)電方式為水力發(fā)電與火力發(fā)電，由于火電的污染相對(duì)較重，對(duì)一次能源的消耗較大，因此電力部門(mén)正逐漸引入風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。風(fēng)力發(fā)電具有無(wú)污染、耗能小等優(yōu)勢(shì)，但是由于技術(shù)上的限制，風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定性有待加強(qiáng)。目前，業(yè)界已達(dá)成共識(shí)，賦予風(fēng)電機(jī)組良好的低電壓穿越能力是確保電網(wǎng)與機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的有效措施。

1 風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力概述

電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中受多類(lèi)因素的影響，而在電網(wǎng)發(fā)生故障后，并網(wǎng)點(diǎn)有可能會(huì)出現(xiàn)電壓下降的狀況。如果變速風(fēng)電機(jī)組具備較強(qiáng)的低電壓穿越能力，則機(jī)組依舊能夠穩(wěn)定、持續(xù)的運(yùn)行。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障，暫態(tài)過(guò)電流由機(jī)組的定轉(zhuǎn)子產(chǎn)生并經(jīng)過(guò)相應(yīng)的變流器，此時(shí)風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)的連接將中斷，這將引發(fā)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)現(xiàn)象。在出現(xiàn)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)狀況后，機(jī)組內(nèi)部的電氣設(shè)備與元件將受到一定程度的損壞。

綜上所述，現(xiàn)代化的變速風(fēng)電機(jī)組必須具備較強(qiáng)的低電壓穿越能力，能夠在電網(wǎng)電壓較低的狀況下持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而確保機(jī)組元器件以及整個(gè)電網(wǎng)的安全。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)多個(gè)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力研究計(jì)劃正穩(wěn)步推進(jìn)，相信不久后我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電能力將獲得顯著的提升[1]。

2 變速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越原理及功能

2.1 變速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越原理

目前，主流的變速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用PWM變流器連接方式，這種配置的變速風(fēng)電機(jī)組中，電網(wǎng)側(cè)變流器承擔(dān)著維持電壓穩(wěn)定、保護(hù)電網(wǎng)安全的職責(zé)。振幅、相位、頻率變化的磁電流由轉(zhuǎn)子側(cè)變流器提供，從而對(duì)變速風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行相應(yīng)的控制。

通常情況下，變速機(jī)組的外部系統(tǒng)發(fā)生短路后，在機(jī)組電機(jī)定子的磁通以及電壓會(huì)發(fā)生即時(shí)下降，而流經(jīng)定子的電流會(huì)明顯上升，此時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)將即時(shí)感應(yīng)到一定數(shù)值的電流。由于轉(zhuǎn)子回路上轉(zhuǎn)子側(cè)由串聯(lián)方式與另外元器件相接，所以需要在機(jī)組中加裝合格的轉(zhuǎn)子短路器以實(shí)現(xiàn)保護(hù)電網(wǎng)與機(jī)組的目的。在機(jī)組中加裝轉(zhuǎn)子短路器后，如果轉(zhuǎn)子側(cè)變流器檢測(cè)到的電流在一定時(shí)間內(nèi)超出設(shè)定最低電流值，則轉(zhuǎn)子短路器將即時(shí)運(yùn)行，此后轉(zhuǎn)子側(cè)變流器將不再運(yùn)行，見(jiàn)圖1。

圖1 測(cè)試設(shè)備系統(tǒng)原理連接圖

2.2 變速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越功能

對(duì)于變速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越功能的研究一直以來(lái)受到業(yè)界的高度重視，研究人員認(rèn)為不同的風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要采用不同的低電壓穿越技術(shù)。現(xiàn)階段，異步電機(jī)是較為常見(jiàn)的一類(lèi)發(fā)電機(jī)，對(duì)于這類(lèi)發(fā)電機(jī)而言，低電壓穿越功能的實(shí)現(xiàn)可以借助無(wú)功補(bǔ)償方案的應(yīng)用，該類(lèi)技術(shù)方案中，技術(shù)人員需要在發(fā)電機(jī)中加裝相應(yīng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置。經(jīng)驗(yàn)表明，變速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越功能較多，其中包括降低設(shè)備機(jī)械損壞的幾率，除此之外，還可以避免變流器受到損傷，延長(zhǎng)變流器的使用壽命等。

3 風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力形成的技術(shù)規(guī)范

良好的低電壓穿越能力是保障風(fēng)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素，業(yè)界對(duì)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力作出了嚴(yán)格且明確的規(guī)定，對(duì)一些技術(shù)參數(shù)也作出了規(guī)范。通常情況下，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓在發(fā)生跌落后2s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行。

變速風(fēng)電機(jī)組在電壓跌落至大約20%水平的額定電壓后，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)也能夠正常地運(yùn)行。就目前狀況而言，部分風(fēng)電場(chǎng)依舊不具備或者擁有較弱的低電壓穿越能力，對(duì)于這部分風(fēng)電場(chǎng)而言，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)盡快將其改造為具備合格低電壓穿越能力的風(fēng)電場(chǎng)，從而促使風(fēng)電場(chǎng)能夠發(fā)揮最大的效用。

風(fēng)電場(chǎng)技術(shù)改造工作具有一定的難度，對(duì)于人才的要求較高，在此情況下，應(yīng)當(dāng)積極提升技術(shù)人才的綜合素質(zhì)，著力于培養(yǎng)一支專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人才隊(duì)伍。電力部門(mén)可以通過(guò)定期舉辦行業(yè)專(zhuān)家講座以及組織業(yè)務(wù)技能培訓(xùn)活動(dòng)等形式來(lái)擴(kuò)充技術(shù)人員的理論知識(shí)儲(chǔ)備、強(qiáng)化其專(zhuān)業(yè)能力，從而使其更加適應(yīng)新時(shí)期風(fēng)力發(fā)電工作的需求。政府應(yīng)當(dāng)繼續(xù)加大對(duì)風(fēng)電事業(yè)的扶持力度，投入更多的資金并予以更大的政策優(yōu)惠[2]。

4 結(jié)語(yǔ)

新的發(fā)展形勢(shì)下研究并強(qiáng)化變速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，為此政府應(yīng)當(dāng)加大對(duì)風(fēng)電行業(yè)的投入力度，為電力企業(yè)提供更多的優(yōu)惠性政策。廣大技術(shù)人員需要積極學(xué)習(xí)先進(jìn)的科學(xué)知識(shí)、善于總結(jié)借鑒優(yōu)秀的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際工作中保持認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，從而最大程度地促進(jìn)我國(guó)風(fēng)電事業(yè)的長(zhǎng)足進(jìn)步。

[1]李承堯，楊勇，朱彬彬.一種具有低電壓穿越能力的單相光伏發(fā)電系統(tǒng)[J].中國(guó)電力，2016（03）.

[2]劉新剛，史波.雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的研究[J].大電機(jī)技術(shù)，2012（06）.

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2016-6-27