雙饋式風力發電機低電壓穿越技術的應用分析

摘 要 在能源問題影響全球人類經濟發展的危機背景下，針對風力發電機組的裝機容量需求正在呈現快速增長發展趨勢，但裝機容量的提升必然會影響到電網穩定性，甚至對風電接入電網電能質量產生了嚴重擾動，電力系統也因此無法做到安全穩定運行。所以本文中專門談到了雙饋式風力發電機組中的低電壓穿越技術，并對技術內容的具體應用實現進行了深層次分析。

關鍵詞 低電壓穿越技術;雙饋式風力發電機;控制策略改進;控制流程

從2007年到2020年，全球的風電機組裝機容量已經總共上升100000GW，其中以美國、歐洲的風電機組市場發展最炙手可熱。相比之下我國發展風力發電技術較晚（1990年以后），但裝機容量增速較快，截止到2020年總裝機容量已經超過6000MW，年增長率超過30%，位居世界第五位。目前我國的風力發電技術已經相當成熟，風力發電機組投入運行數量也越來越多，風力發電占國家總供電比重增長十分迅速。不過與此同時，電網故障所導致的電壓跌落問題卻相當嚴重，例如，風力機組紛紛解列所造成的系統暫態不穩定問題，它可直接造成系統局部全面癱瘓，因此說目前深入研究低電壓穿越技術是相當有必要的。

1雙饋式風電機組中的低電壓穿越技術的實踐應用

1.1 低電壓穿越技術應用功能

目前的雙饋式風力發電機組都應該具備低電壓穿越技術功能，如果它具備這一技術功能，它也應該同樣具備其他功能，例如在機組出現端電壓劇烈浮動時，它依然可保持并網不脫機正常操作;例如如果出現機組電壓下降狀況，它會控制控制器部分通過液壓蓄能器或蓄電池裝置實現變槳操作，有效規避風輪過速這一常見故障問題的發生;而在電壓波動期間，則需要保護變流器與發電機避免受到高電流、高電壓損耗;最后有必要短暫關閉暴露在外的低電壓部分，避免其電路斷路器低電壓受到損害，有必要對跳閘非關鍵子系統進行分析?？傮w來講，就是要確保做到在電網電壓跌落過程中所導致的雙饋式分電機組感應失效，亦或者說導致勵磁變流器脫網運行，無法發揮其有效功能作用。目前國內外學者都在深入研究當電網故障發生時雙饋感應發電機所造成的電路損壞問題，并提出了一系列的控制策略與保護原理。它就希望基于當前最為主流的低電壓穿越技術對電路內容進行保護，首先是對轉子短路部分的保護，其次是對控制策略的有效改進與實現[1]。

1.2 對轉子短路的保護技術實踐應用

轉子短路保護技術應用在目前的低電壓穿越技術體系中應用較為廣泛，它主要是通過增加硬件來實現電路調整。例如可在發電機轉子側裝配旁路電路，然后檢測電網系統故障可能出現的電壓跌落問題，此時要操作雙饋式風力發電機組關閉閉鎖，同時在轉子回路旁路位置釋能電阻，達到保護裝置的目的。在該過程中，需要合理限制勵磁變流器中電流與轉子部分，思考它們維維持發電機不脫網運行的正確方法。簡單來講，應該保證機組按照感應電動機方式進行運行，所以以下簡單介紹了兩種轉子短路保護技術電路[2]。

第一種是混合橋型轉子短路保護電路，混合橋型轉子短路保護電路中設置了多根橋臂，它們全部由控制器與二極管串聯并操控。另外一種是IGBT型轉子短路保護電路。IGBT型轉子短路保護電路中的所有橋臂都附帶了兩根二極管串聯結構，它的直流側直接穿入一個IGBT器件，而它的另一側則是吸收電阻。

如果上述兩種轉子短路保護電路則必須做到第一時間切除故障，始終保證電網與轉子繞組保持機械、聯網雙重連接關系，最好做到雙饋感應與電機電網同步運行。如此一來，如果一旦電網故障消除，故障功率開關可關斷，再切除轉子短路保護電路即可，此時雙饋式風力發電機組可正常參與生產運行。

結合上述技術實現，可以了解到雙饋風電機組實現低電壓穿越的整個技術控制過程。如果風力發電機組恰好處于并網運行狀態中，需要利用低電壓檢測系統，結合神產房具體要求對機組運行狀況進行預先設定，并找到合理的電壓限值，明確電壓降低程度。如果在測量明確電壓后，需要對低壓持續時間進行分析，再次明確電壓限值系統匯總的低壓判定事件。同時，也要對控制系統發電轉子一側的電流進行監控控制，觀察其是否會出現低電壓持續時間超出設定限制的問題。仔細分析低壓事件在結束后可能出現的機組輸出功率再過度上升問題，同時保證主控制器系統能夠被合理切換回正常工作狀態即可。總結來講，低電壓穿越控制的技術流程應該如下：

開始→低電壓檢測→部分器件備用電源啟動→非關鍵部分供電切斷→發電及轉子側電流檢測→選擇性啟動Orowbar→恢復系統正常供電→技術。

1.3 對控制策略的改進技術實踐應用

需要對雙饋式風力發電機組的低電壓穿越問題進行分析，提出控制策略改進技術實踐應用過程。首先，它應該在機組故障過程中將機組參考功率設定為0;其次，應該基于故障過程中的轉子側進行分析，最好建立H控制器，在網側控制器位置檢測直流電壓故障與定子端電壓故障，產生控制器檢測定子有功與無功異常狀況，并有必要對轉子電力信號進行相應補償。

其次，要針對雙饋式風力發電機組低電壓檢測系統進行預先設定，保證其電壓限值被控制在合理范圍內，此時可基于電壓限值系統將其判定為低壓事件，需要結合低壓影響嚴重程度做到對低壓穿越技術的有效調整與技術方案改進。例如檢查低電壓持續時間是否超出設定限值，同時分析變流器控制器在啟動轉子短路過程中的保護裝置期間損壞問題，最終將主控制器系統切換恢復到正常工作狀態下即可。

2結束語

本文簡單探討了低電壓穿越技術在雙饋式風力發電機組中的具體應用。它主要結合電網電壓跌落水平狀態來判斷機組輸出電能質量，并對機組中的電壓穿越技術實施標準要求進行了分析，先后提出了轉子短路的保護技術與機組控制改進策略，希望為雙饋式風力發電機組正常穩定生產運行創造優越的技術應用空間條件。

參考文獻

[1] 王有榮，王媛，牛問濤，等.低電壓穿越技術在雙饋風力發電機組中的應用[J].內蒙古石油化工，2014（7）：94-96.

[2] 傅伯雄.風力發電并網低/高電壓穿越技術的研究[D].河北：河北科技大學，2015.

作者簡介

鄧立榮（1963-），男，安徽合肥人;學歷：本科、學士，職稱：工程師，現就職單位：陽光電源股份有限公司，研究方向：光伏和風電并網逆變器產品開發。