變速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力研究

【摘 要】隨著風(fēng)電機(jī)組進(jìn)入電網(wǎng)應(yīng)用，對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)了相應(yīng)的安全隱患，為了能夠避免風(fēng)電機(jī)組對(duì)電網(wǎng)造成停電事故，對(duì)變速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的研究也就十分的重要，能夠有效地保證風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力是風(fēng)電機(jī)組接入電網(wǎng)的前提條件，同時(shí)保證電網(wǎng)系統(tǒng)能夠正常的運(yùn)行。本文針對(duì)變速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力進(jìn)行研究，分析如何選擇組低電壓穿越測(cè)試的相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)提出加強(qiáng)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的相關(guān)建議。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電機(jī)組；低電壓穿越能力；測(cè)試

隨著社會(huì)不斷的發(fā)展，變速風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)中不斷的投入使用，給社會(huì)帶來(lái)了相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益，在使用過(guò)程中由于風(fēng)電機(jī)組沒有具備良好的低電穿越能力，導(dǎo)致大面積的脫網(wǎng)事故經(jīng)常發(fā)生，引起國(guó)家有關(guān)部門的重視。為此國(guó)家也就頒布了相應(yīng)的法律規(guī)定，對(duì)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力進(jìn)行測(cè)試，對(duì)于一些不合格的進(jìn)行改造，確保風(fēng)電機(jī)組接入電網(wǎng)能夠安全有效的與進(jìn)行。

一、風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的原理

風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越的概念是：當(dāng)電網(wǎng)故障或擾動(dòng)引起風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓跌落時(shí)，在一定電壓跌落的范圍內(nèi)，風(fēng)電機(jī)組能夠不間斷并網(wǎng)運(yùn)行。

風(fēng)電機(jī)組要符合低電壓穿越能力的要求，電壓跌落必須要進(jìn)行阻抗分壓的形式出現(xiàn)，運(yùn)用串聯(lián)阻抗可以減少電路對(duì)電網(wǎng)的沖擊力度，對(duì)風(fēng)機(jī)沒有明顯的影響，電壓跌落前后串聯(lián)阻抗可連接其中一個(gè)旁路開關(guān)，依靠并聯(lián)阻抗連接短路開關(guān)產(chǎn)生電壓跌落。低壓側(cè)低電壓穿越測(cè)試設(shè)備和中壓側(cè)低電壓穿越測(cè)試設(shè)備，這兩種設(shè)備的基本原理是相同的，都具有等效的并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落效果，得到國(guó)家的認(rèn)可。對(duì)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的影響因素有很多，比如變頻器、主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)等，只要任何一項(xiàng)出現(xiàn)問題，都會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力產(chǎn)生影響，造成潛在的脫網(wǎng)事故隱患。因此，對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行低電壓穿越能力檢測(cè)非常重要。

二、變速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力研究

（一）低電壓穿越的技術(shù)規(guī)定

1） 風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組具有并網(wǎng)電壓跌至20%額定電壓時(shí)能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行625ms的能力。

2）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)組可以連續(xù)運(yùn)行；對(duì)于電網(wǎng)發(fā)生不同類型故障的情況，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)低電壓穿越的要求如下：

3）當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生三相短路故障引起并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)線電壓在圖中電壓輪廓線及以上的區(qū)域內(nèi)時(shí)，場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組必須保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行；風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)任意一線電壓低于或部分低于圖中電壓輪廓線時(shí)，場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組允許從電網(wǎng)切出；

4）當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生兩相短路故障引起并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)各線電壓在圖中電壓輪廓線及以上的區(qū)域內(nèi)時(shí)，場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組必須保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行；風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)任意一線電壓低于或部分低于圖中電壓輪廓線時(shí)，場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組允許從電網(wǎng)切出；

5） 當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地短路故障引起并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)各相電壓在圖中電壓輪廓線及以上的區(qū)域內(nèi)時(shí)，場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組必須保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行；風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)任意一線電壓低于或部分低于圖中電壓輪廓線時(shí)，場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組允許從電網(wǎng)切出；

對(duì)電力系統(tǒng)故障期間沒有切出的風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)電機(jī)組有功功率在故障清除后快速恢復(fù)，在具備風(fēng)能資源條件下自故障清除時(shí)刻起，以至少10%額定功率/秒的功率變化率恢復(fù)至故障前的水平。

（二）雙饋異步風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越

雙饋異步風(fēng)電機(jī)的變速風(fēng)電機(jī)組，在電網(wǎng)發(fā)生事故引起電壓跌落，造成發(fā)電機(jī)定子電流增加，轉(zhuǎn)子和定子之間的強(qiáng)耦合，快速的增加了定子電流，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子電流急劇上升。加上風(fēng)力機(jī)調(diào)節(jié)器速度比較慢，在事故前期風(fēng)力機(jī)對(duì)風(fēng)力不會(huì)明顯的減少，但是由于電機(jī)組電壓降低，不能正常向電網(wǎng)傳送電能，也就導(dǎo)致部分能量不能輸入電網(wǎng)，這些能量只能由系統(tǒng)內(nèi)部消化，導(dǎo)致電容充電、直流電壓急速上升、電機(jī)轉(zhuǎn)子加速和電磁轉(zhuǎn)矩突變等問題。這些問題的研究主要可以分為兩個(gè)方向，第一就是改進(jìn)控制策略；第二就是增加硬件輔助電路。這兩種方法在對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行處理的時(shí)候，對(duì)于電壓跌落幅度比較大，單靠控制策略很難實(shí)現(xiàn)低電壓穿越，在這同時(shí)我們還要增加硬件輔助電路，對(duì)事故進(jìn)行處理，達(dá)到風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的提高。

（三）低電壓穿越對(duì)風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的要求

風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越對(duì)風(fēng)電機(jī)組各設(shè)備有特殊的要求。這些設(shè)備包括風(fēng)電機(jī)組主控系統(tǒng)、變流器、變槳系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、齒輪箱和聯(lián)軸器。

電氣控制系統(tǒng)，需要在低電壓穿越期間保持風(fēng)機(jī)不脫網(wǎng)，并能夠最大限度的發(fā)出無(wú)功功率，對(duì)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)支撐。變流器能夠承受低電壓跌落時(shí)在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的大電流，同時(shí)能夠釋放部分能量。變槳系統(tǒng)保持正常運(yùn)行，以風(fēng)機(jī)的正常并網(wǎng)運(yùn)行以及迅速的有功恢復(fù)。

機(jī)械系統(tǒng)，在低電壓跌落時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)子電流，恢復(fù)時(shí)會(huì)造成轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，這會(huì)對(duì)整個(gè)傳動(dòng)鏈的機(jī)械應(yīng)力、載荷等造成較為嚴(yán)重的影響。這樣在發(fā)電機(jī)、齒輪箱和聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)時(shí)已考慮到這種實(shí)際情況。

三、加強(qiáng)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力相關(guān)建議

隨著風(fēng)電機(jī)組的性能越來(lái)越高，問題也就越來(lái)越多，尤其是風(fēng)電機(jī)組部件和參數(shù)設(shè)定中存在的問題，對(duì)于這些問題也就要對(duì)風(fēng)電機(jī)組的軟件和硬件進(jìn)行升級(jí)。在進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力測(cè)試中，測(cè)試人員不能只考慮到參數(shù)問題，也要對(duì)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生影響的因素都要進(jìn)行分析，共同做好風(fēng)電機(jī)低電壓穿越能力測(cè)試。發(fā)電企業(yè)應(yīng)在低電壓測(cè)試之后對(duì)風(fēng)電機(jī)組調(diào)整前后信息做詳細(xì)記錄，并將調(diào)整情況反映到調(diào)度部門，由部門決定是否需要進(jìn)行重新對(duì)低電壓穿越能力進(jìn)行測(cè)試，調(diào)度部門還應(yīng)該做好測(cè)試備案工作，對(duì)風(fēng)電機(jī)組相關(guān)配置和參數(shù)進(jìn)行記錄，并制定核查計(jì)劃書。

四、結(jié)束語(yǔ)

做好風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越測(cè)試工作對(duì)預(yù)防風(fēng)電脫網(wǎng)具有重要意義，因此要熟練掌握低電壓穿越能力的原理，更要選擇好低電壓穿越測(cè)試相關(guān)參數(shù)，以確保電壓跌落期間不脫網(wǎng)運(yùn)行，達(dá)到電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

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