風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障穿越問題綜述

高曉華

(福建海上風(fēng)電運(yùn)維服務(wù)有限公司，福建 福州 350000)

1 風(fēng)電機(jī)組故障穿越概念

世界各國的標(biāo)準(zhǔn)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的故障排除能力基本有相同的定義。基本內(nèi)容可以總結(jié)如下：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，該設(shè)備可確保連續(xù)運(yùn)行而不會離網(wǎng)，并且可以平穩(wěn)過渡到正常運(yùn)行。通過對國家標(biāo)準(zhǔn)的研究，發(fā)現(xiàn)缺陷騎行包括低壓騎行和高壓騎行。目前，澳大利亞和其他國家/地區(qū)對HVRT有明確的標(biāo)準(zhǔn)，但在中國仍然空白。當(dāng)前，所有國家/地區(qū)都對LVRT電網(wǎng)連接法規(guī)有明確的要求。

2 發(fā)電機(jī)組由穿越性故障所造成的影響

風(fēng)電機(jī)組作為風(fēng)力發(fā)電的核心設(shè)備，由于在工作過程中的工作原理不同大致可以分為3類，并且這3類造成穿越性故障的原理略有不同。首先，雙反饋異步電機(jī)組。這種電機(jī)組在工作的過程中，如果電網(wǎng)所提供的電壓突然降低，會造成電流瞬間發(fā)生巨大變化，使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速驟然提升，會對發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊，造成發(fā)電機(jī)組的物理損壞。其次，定速異步風(fēng)電機(jī)組。這種發(fā)電機(jī)組在進(jìn)行工作時(shí)，出現(xiàn)穿越性故障主要表現(xiàn)在轉(zhuǎn)子的頻率和電壓上，會給轉(zhuǎn)子的工作造成較大硬傷。最后，直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組。這種發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生穿越性故障主要是變流器導(dǎo)致的，在設(shè)備工作時(shí)，由于無法在出現(xiàn)問題時(shí)對電流進(jìn)行及時(shí)地調(diào)整，導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備的能量失衡，從而造成設(shè)備的故障。

3 在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)故障穿越能力的重要性

3.1 在電壓控制方面的作用

在風(fēng)力發(fā)電的過程中，涉及到了多種類型和型號的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，并且每個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在發(fā)生穿越性故障時(shí)，對功率、電壓以及無功功率的影響存在一定的差異。此外，在發(fā)生故障期間，對電壓的補(bǔ)償方面也存在多種進(jìn)行補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)設(shè)備，保證設(shè)備能夠在正常的電壓下進(jìn)行正常工作。因此，在進(jìn)行故障穿越時(shí)，要保障補(bǔ)償設(shè)備能夠根據(jù)當(dāng)時(shí)的故障環(huán)境，做出針對性及時(shí)有效的措施，來確保在發(fā)生問題時(shí)保障系統(tǒng)的潮流分布，由此可以看出故障穿越能力對電壓方面的控制有很大作用。

3.2 在對風(fēng)力發(fā)電的系統(tǒng)規(guī)劃等方面的作用

在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模和規(guī)劃等方面設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格地參考故障穿越能力的大小來進(jìn)行相關(guān)的風(fēng)力發(fā)電規(guī)模和風(fēng)力發(fā)電的系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的規(guī)劃工作，保證在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行工作時(shí)，如果出現(xiàn)穿越性故障，能夠很好地對故障進(jìn)行穿越，保證發(fā)電機(jī)組的正常工作。由此，可以看出風(fēng)力發(fā)電的故障穿越能力對整個(gè)發(fā)電工程具有重要作用。

3.3 在發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性中的作用

在整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行工作的過程中，如果沒有很好的故障穿越能力，在發(fā)生故障時(shí)，會導(dǎo)致數(shù)臺發(fā)電機(jī)組一并發(fā)生脫網(wǎng)，對整個(gè)供電系統(tǒng)會產(chǎn)生巨大的壓力，甚至使整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)陷入癱瘓狀態(tài)，造成重大后果。此外，在沒有故障穿越能力的機(jī)組在發(fā)生故障時(shí)，還會由于電壓驟然下降，風(fēng)電機(jī)組會進(jìn)行自保護(hù)，進(jìn)一步地降低整個(gè)工程電壓。由此，可以看出故障穿越能力對整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)具有重要意義。

4 怎樣才能提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障穿越能力

隨著風(fēng)力發(fā)電能力的不斷提高，世界上許多國家/地區(qū)都需要風(fēng)力發(fā)電機(jī)的除塵能力。當(dāng)前，國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了許多關(guān)于如何提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障行駛能力的研究。首先是分析制動電阻對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的影響。在系統(tǒng)故障的情況下，分析了連接到變速雙電源風(fēng)電場升壓變電站的低壓站和雙電源風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)械級的制動電阻的影響。無論制動電阻是連接到風(fēng)電場的升壓變電站低壓站還是風(fēng)電場的每個(gè)單元的端子，都可以提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的故障穿越能力，這有利于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的暫態(tài)穩(wěn)定性。當(dāng)制動電阻器連接到故障發(fā)電機(jī)端時(shí)，將制動電阻器連接到風(fēng)電場升壓變電站中的低壓站要比改進(jìn)的方法更好。

要提高發(fā)電機(jī)組的故障穿越能力，還必須根據(jù)不同的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)，進(jìn)行相應(yīng)的針對性措施，進(jìn)行適配性地改進(jìn)。

對于提升定速異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障穿越能力，通過一些外加的設(shè)備措施和相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。通過有關(guān)技術(shù)，用一整套的SVG對電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)組進(jìn)行串聯(lián)工作，防止故障的發(fā)生過程中，定子由于故障問題，電流和電壓產(chǎn)生巨大逆轉(zhuǎn)，造成對發(fā)電機(jī)組部件的損壞。

對于提升雙反饋異步發(fā)電機(jī)組的故障穿越能力，主要是根據(jù)跌落的電壓差來判斷使用何種設(shè)備進(jìn)行電機(jī)組的保護(hù)工作。對于電壓差較小的，可以通過一定的技術(shù)手段進(jìn)行控制，無需進(jìn)行設(shè)備的引入。對于電壓差較大或適中的要采用技術(shù)和設(shè)備的雙結(jié)合工作，主要是進(jìn)行變流器直流側(cè)電路的投入使用，以及進(jìn)行一系列的相關(guān)技術(shù)調(diào)控手段，來確保電壓的穩(wěn)定，防止由于電壓差過大造成設(shè)備部件的損壞，從而極大地提升了發(fā)電機(jī)組的故障穿越能力。

對于提升永磁風(fēng)電機(jī)組的故障穿越能力，這類發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生穿越性故障時(shí)，主要是在發(fā)電機(jī)組工作時(shí)由于相關(guān)故障原因，造成電網(wǎng)兩側(cè)的能量不平衡，長時(shí)間積累下去，造成設(shè)備部件的損壞。因此，在進(jìn)行這類設(shè)備的處理工作時(shí)，主要是平衡電網(wǎng)兩側(cè)的能量差，在控制時(shí)主要是通過正、負(fù)雙電流內(nèi)環(huán)獨(dú)立控制的策略，來對電網(wǎng)兩側(cè)進(jìn)行協(xié)調(diào)，從而提升故障穿越能力。

5 結(jié)束語

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的驅(qū)動能力包括許多指標(biāo)，以LVRT / HVRT為例，需要克服的12個(gè)技術(shù)要素：電壓變化水平、故障電壓持續(xù)時(shí)間、故障恢復(fù)時(shí)間、故障類型、故障情況下的有功功率控制、故障情況下的無功功率控制、故障速度判別、故障發(fā)生時(shí)的無功功率響應(yīng)時(shí)間、故障后的有功功率恢復(fù)率、故障后的無功功率持續(xù)時(shí)間、超調(diào)控制功能和故障頻率。總之，要確保現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作過程的穩(wěn)定性，必須針對不同的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行針對性地研究，不斷提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障穿越能力，確保整個(gè)發(fā)電過程的良性運(yùn)作。