風電機組低電壓穿越能力影響因素

文_劉引弟 吳永亮 楊宇 內(nèi)蒙古機電職業(yè)技術(shù)學院

隨著我國對于資源節(jié)約型友好社會重視程度的不斷增加，一方面增大了對于電力資源的需求；另一方面也對傳統(tǒng)能源的轉(zhuǎn)型提出了更高的要求與更大的挑戰(zhàn)。風電作為可再生能源,正在不斷增大裝機規(guī)模與數(shù)量，同時也提高了對于其并網(wǎng)穩(wěn)定性的要求。然而，由于風力發(fā)電機組的自身運行特點，極有可能導(dǎo)致大面積拖網(wǎng)的現(xiàn)象，從而影響經(jīng)濟效益。因此，對風電機組低電壓穿越能力影響因素進行分析具有十分重要的研究意義與價值。

1 風電機組低電壓穿越技術(shù)類型

1.1 不增加硬件電路

該方式主要包含兩方面內(nèi)容：①建立模型。該模型在建立過程中，需要考慮多方面因素，特別是定子磁化電流在面對電壓波動故障出現(xiàn)時所進行的動態(tài)反應(yīng)過程。通過設(shè)定相應(yīng)的控制模式最大程度地減少暫態(tài)電流的出現(xiàn)，從而更好地對原本的動態(tài)量起到補償作用，提高動態(tài)響應(yīng)。②當電網(wǎng)出現(xiàn)運行故障時，由于定子磁鏈的暫態(tài)直流分量對定子電流工頻分量有著較為明顯的影響，且定子電流工頻分量與轉(zhuǎn)子電流分量呈現(xiàn)互補的關(guān)系，因此首先應(yīng)通過風電機組的定子電阻來進行滅磁工作，從而更好地避免轉(zhuǎn)子出現(xiàn)電流流過的現(xiàn)象，提高風電機組低電壓穿越能力。

1.2 增加硬件電路

隨著我國風電機組規(guī)模越來越大，故障發(fā)生原因也越來越多，上述不增加硬件電路的方法通常更適用于電壓降低不十分明顯的情況。一旦電壓發(fā)生大幅度減小，單純依靠電流限制策略進行控制則無法很好實現(xiàn)風電機組的低電壓穿越，此時需要相應(yīng)的硬件電路進行配合。當前階段，雙饋感應(yīng)發(fā)電機憑借其良好的控制能力得到了較為廣泛的應(yīng)用，其保護電路主要包括主動式和被動式兩種。該電路的工作原理：當轉(zhuǎn)子繞組電流定值處于較高水平的時候，就可以將保護電路與其進行短接，通過切除轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的方式實現(xiàn)保護。

2 風電機組低電壓穿越能力影響因素

隨著我國能源轉(zhuǎn)型腳步的不斷加快，越來越多的企業(yè)及科研機構(gòu)逐漸將更多的關(guān)注點放在了提高風電機組運行可靠性的技術(shù)研究方面。大量的實驗結(jié)果及工程應(yīng)用證明，風電機組硬件設(shè)施的制作水平、企業(yè)管理模式與方法以及相應(yīng)的經(jīng)營指標等，是決定風電機組低電壓穿越能力的重要影響因素。與此同時，隨著我國對于風電機組穿越能力要求的不斷提高以及電網(wǎng)故障原因復(fù)雜程度的不斷增加，在一定程度上推動了相關(guān)控制技術(shù)的發(fā)展。當前階段，影響風電機組低電壓穿越能力的因素主要包括控制策略、硬件條件、軟件控制及管理水平四方面。

2.1 控制策略

控制策略對于風電機組低電壓穿越能力的影響主要體現(xiàn)在主控及變流控制策略缺陷兩方面。對于主控控制策略來說，一旦出現(xiàn)異常的有功恢復(fù)曲線則說明該控制策略存在問題，從而會導(dǎo)致過高的諧波、不平衡的電壓、無法正常供電的現(xiàn)象，進而引發(fā)大面積的風電機組脫網(wǎng)，造成較大的安全事故；對于變流控制策略來說，喪失低電壓穿越能力是該缺陷的主要體現(xiàn)方式。在風電機組并網(wǎng)運行初期，各企業(yè)由于缺乏豐富的操作經(jīng)驗以及技術(shù)掌控能力，往往會導(dǎo)致主控控制策略缺陷的發(fā)生。隨著相關(guān)技術(shù)人員熟練程度的不斷提高以及該技術(shù)應(yīng)用的不斷成熟，顯著降低了該故障的發(fā)生。目前，導(dǎo)致該現(xiàn)象發(fā)生的原因主要在于風電企業(yè)對于該技術(shù)的重視程度待提升以及管理水平待提高。

2.2 硬件條件

對于出現(xiàn)較為明顯電壓降低的風電機組，需要施加額外的硬件電路進行保護，該電路種類較多且大多都可以實現(xiàn)風電機組低電壓穿越。現(xiàn)階段，隨著我國能源需求的不斷增加，大量的技術(shù)人員開始著手相關(guān)實驗，在經(jīng)過不斷的結(jié)果分析與研究后，得出較為一致的結(jié)論，即風電機組的正常運行不僅會受到控制策略的影響，還會受到風況等外部環(huán)境因素的影響。對于硬件設(shè)施來說，造成風電機組低電壓穿越能力降低的原因主要包括人為屏蔽UPS 功能以及缺乏日常檢修維護工作兩方面。這就要求相關(guān)企業(yè)在日常工作中做好兩方面工作：一是定期對風電機組的相關(guān)設(shè)備進行檢修與維護，最大程度地避免由于硬件設(shè)施出現(xiàn)故障而導(dǎo)致風電機組低電壓穿越能力受到影響；二是定期對相關(guān)技術(shù)人員開展培訓工作，提高技術(shù)人員專業(yè)能力，加強其安全意識，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時與相關(guān)人員進行溝通并提出解決方案，避免風電機組發(fā)生更為嚴重的故障問題。

2.3 軟件控制

隨著我國科技水平與自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的發(fā)電企業(yè)開始應(yīng)用軟件系統(tǒng)實現(xiàn)風電機組的自動化控制，在一定程度上提高了工作效率。然而，由于軟件系統(tǒng)通常不是發(fā)電企業(yè)自主研發(fā)，因此相關(guān)軟件的控制權(quán)通常掌握在開發(fā)商手中，進而導(dǎo)致發(fā)電企業(yè)在該方面具有一定的被動性。一旦發(fā)現(xiàn)該軟件控制系統(tǒng)無法保證風電機組低電壓穿越能力完全滿足電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的要求，也無法安排相關(guān)技術(shù)人員對其進行合理更改，只能與相應(yīng)的生產(chǎn)廠家進行溝通，從而導(dǎo)致不必要的時間浪費。另外，隨著發(fā)電企業(yè)規(guī)模的不斷增大，風電機組的型號與數(shù)量也在日益增加，對于原有已經(jīng)并網(wǎng)并投入運行的風電機組來說，無法達到當前階段的并網(wǎng)要求，倘若企業(yè)沒有對相應(yīng)的軟件控制系統(tǒng)進行優(yōu)化升級，極有可能導(dǎo)致運行故障的發(fā)生。

3 變速風電機組低電壓穿越功能及原理探討

3.1 變速風電機組低電壓穿越功能探討

隨著我國對于風力發(fā)電重視程度的不斷提高，越來越多的技術(shù)人員對風電機組低電壓穿越能力的影響因素進行了研究與探討，分析發(fā)現(xiàn)在工程實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)發(fā)電機組的實際參數(shù)采用不同的控制技術(shù)來提高其低電壓穿越能力。

眾所周知，一旦電網(wǎng)發(fā)生運行故障導(dǎo)致大幅度的電壓降低時，變速風電機組可以通過自身的系統(tǒng)運行方式實現(xiàn)低電壓穿越功能，主要包括三方面：①當電網(wǎng)出現(xiàn)運行故障時，通過減小電流等方式消除對風電機組電器元件所造成的損害；②由于風電機組在發(fā)生故障時，極有可能導(dǎo)致齒輪箱、剎車盤等設(shè)備產(chǎn)生故障甚至損壞，該功能則可以最大程度地避免該現(xiàn)象的發(fā)生；③由于風電機組需要通過并網(wǎng)的方式投入運行，該功能的實現(xiàn)可以滿足相應(yīng)的并網(wǎng)要求，從而更好地為能源供應(yīng)提供保障。

3.2 變速風電機組低電壓穿越原理探討

通常情況下，變速發(fā)電機組需要通過變流器與電網(wǎng)進行連接，因此變流器作為變速風電機組的關(guān)鍵部分，主要包括電網(wǎng)側(cè)變流器及轉(zhuǎn)子側(cè)變流器。對于電網(wǎng)側(cè)變流器來說，其主要作用是保證電容及電壓的穩(wěn)定性，并為轉(zhuǎn)自側(cè)變流器提供電源指出；對于轉(zhuǎn)自側(cè)變流器來說，其主要作用體現(xiàn)在為轉(zhuǎn)子繞組提供周期性變化的磁電流，從而實現(xiàn)風電機組的單獨控制。變速風電機組低電壓穿越原理根據(jù)不同的機組類型具有不一樣的工作原理。

當電網(wǎng)發(fā)生運行故障時，風電機組的電壓將會出現(xiàn)大幅度降低，相應(yīng)的高電流則會出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子側(cè)，為了保護轉(zhuǎn)子側(cè)電流器的正常運轉(zhuǎn)，通常會將轉(zhuǎn)子短路器安裝在變速風電機組相應(yīng)位置，一旦感應(yīng)電流超過設(shè)定值，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器在轉(zhuǎn)子短路器的作用下會停止工作，從而保證風電機組的正常并網(wǎng)運行。當電網(wǎng)的運行故障無法恢復(fù)時，變速風電機組低電壓穿越工作原理：一旦風電機組內(nèi)部電壓或感應(yīng)電流超過設(shè)定值，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器會被轉(zhuǎn)子短路器當做旁路裝置進行處理；同時，風電機組相關(guān)裝置為了降低機端電壓，風機控制系統(tǒng)會通過改變槳距角的方式減小風能資源的獲??；最后在故障清除完畢后，電壓及相關(guān)電器元件則會恢復(fù)正常工作。

4 結(jié)語

風電機組低電壓穿越能力的影響因素是多方面的，這就要求相關(guān)企業(yè)不僅應(yīng)加強軟件控制的相關(guān)研究工作，嚴格保護風電機組運行定值，對軟件應(yīng)用的各個流程提高審批規(guī)范程度；還應(yīng)加強相關(guān)技術(shù)人員的培訓工作，定期對風電機組進行檢修與維護，更好地保障低電壓穿越能力，為我國電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性與安全性提供有力保障。