變速風電機組低電壓穿越能力探析

唐宋波

（安徽龍源風力發(fā)電有限公司）

變速風電機組低電壓穿越能力探析

唐宋波

（安徽龍源風力發(fā)電有限公司）

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

變速風電機組；低電壓穿越能力；探析

引言

隨著城市化與工業(yè)化進程的加速推進，國內(nèi)社會對電力資源的需求愈來愈大，部分城市甚至出現(xiàn)了“電荒”現(xiàn)象，這對經(jīng)濟建設事業(yè)造成了不利影響。我國主要的發(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較重，對一次能源的消耗較大，因此電力部門正逐漸引入風力發(fā)電技術(shù)。風力發(fā)電具有無污染、耗能小等優(yōu)勢，但是由于技術(shù)上的限制，風電機組的穩(wěn)定性有待加強。目前，業(yè)界已達成共識，賦予風電機組良好的低電壓穿越能力是確保電網(wǎng)與機組穩(wěn)定運行的有效措施。

1 風電機組低電壓穿越能力概述

電網(wǎng)在運行過程中受多類因素的影響，而在電網(wǎng)發(fā)生故障后，并網(wǎng)點有可能會出現(xiàn)電壓下降的狀況。如果變速風電機組具備較強的低電壓穿越能力，則機組依舊能夠穩(wěn)定、持續(xù)的運行。當電網(wǎng)發(fā)生故障，暫態(tài)過電流由機組的定轉(zhuǎn)子產(chǎn)生并經(jīng)過相應的變流器，此時風電機組與電網(wǎng)的連接將中斷，這將引發(fā)風機脫網(wǎng)現(xiàn)象。在出現(xiàn)風機脫網(wǎng)狀況后，機組內(nèi)部的電氣設備與元件將受到一定程度的損壞。

綜上所述，現(xiàn)代化的變速風電機組必須具備較強的低電壓穿越能力，能夠在電網(wǎng)電壓較低的狀況下持續(xù)運轉(zhuǎn)，從而確保機組元器件以及整個電網(wǎng)的安全。當前，國內(nèi)多個風電機組低電壓穿越能力研究計劃正穩(wěn)步推進，相信不久后我國的風力發(fā)電能力將獲得顯著的提升[1]。

2 變速風電機組低電壓穿越原理及功能

2.1 變速風電機組低電壓穿越原理

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

通常情況下，變速機組的外部系統(tǒng)發(fā)生短路后，在機組電機定子的磁通以及電壓會發(fā)生即時下降，而流經(jīng)定子的電流會明顯上升，此時機組轉(zhuǎn)子側(cè)將即時感應到一定數(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，所以需要在機組中加裝合格的轉(zhuǎn)子短路器以實現(xiàn)保護電網(wǎng)與機組的目的。在機組中加裝轉(zhuǎn)子短路器后，如果轉(zhuǎn)子側(cè)變流器檢測到的電流在一定時間內(nèi)超出設定最低電流值，則轉(zhuǎn)子短路器將即時運行，此后轉(zhuǎn)子側(cè)變流器將不再運行，見圖1。

圖1 測試設備系統(tǒng)原理連接圖

2.2 變速風電機組低電壓穿越功能

對于變速風電機組低電壓穿越功能的研究一直以來受到業(yè)界的高度重視，研究人員認為不同的風力發(fā)電機需要采用不同的低電壓穿越技術(shù)?，F(xiàn)階段，異步電機是較為常見的一類發(fā)電機，對于這類發(fā)電機而言，低電壓穿越功能的實現(xiàn)可以借助無功補償方案的應用，該類技術(shù)方案中，技術(shù)人員需要在發(fā)電機中加裝相應的無功補償裝置。經(jīng)驗表明，變速風電機組低電壓穿越功能較多，其中包括降低設備機械損壞的幾率，除此之外，還可以避免變流器受到損傷，延長變流器的使用壽命等。

3 風電機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電機組安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素，業(yè)界對風電機組低電壓穿越能力作出了嚴格且明確的規(guī)定，對一些技術(shù)參數(shù)也作出了規(guī)范。通常情況下，風電場并網(wǎng)點電壓在發(fā)生跌落后2s內(nèi)能夠恢復到額定電壓的90%時，風電場內(nèi)的風電機組能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行。

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

風電場技術(shù)改造工作具有一定的難度，對于人才的要求較高，在此情況下，應當積極提升技術(shù)人才的綜合素質(zhì)，著力于培養(yǎng)一支專業(yè)的技術(shù)人才隊伍。電力部門可以通過定期舉辦行業(yè)專家講座以及組織業(yè)務技能培訓活動等形式來擴充技術(shù)人員的理論知識儲備、強化其專業(yè)能力，從而使其更加適應新時期風力發(fā)電工作的需求。政府應當繼續(xù)加大對風電事業(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

新的發(fā)展形勢下研究并強化變速風電機組低電壓穿越能力的工作具有重要的現(xiàn)實意義，為此政府應當加大對風電行業(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)人員需要積極學習先進的科學知識、善于總結(jié)借鑒優(yōu)秀的技術(shù)經(jīng)驗，在實際工作中保持認真嚴謹?shù)膽B(tài)度，從而最大程度地促進我國風電事業(yè)的長足進步。

[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].中國電力，2016（03）.

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

TM315

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1004-7344（2016）20-0096-01

2016-6-27