淺談雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓運行技術

（大唐新能源山東公司 山東濟南 250014）

摘要：雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的建立能夠滿足人們對電力資源的需求，但是在實際的運行過程中還存在一些問題，低電壓運行技術能夠對雙饋風力發(fā)電機進行保護和控制，從而確保雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，在解決人們用電需求的同時，還能為人們提供一個良好的用電環(huán)境。因此本文將主要分析雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)中的低電壓運行技術。

關鍵詞：雙饋風力發(fā)電機；低電壓運行技術

前言：隨著經濟的不斷發(fā)展，自然環(huán)境也受到了不同程度的污染，在這種情況下人們對資源的需求量卻不斷增高。不可再生資源的儲量有限，不能滿足人們日益增長的能源需求，風能作為可再生能源之一，能夠為電力系統(tǒng)提供較好的發(fā)電方式，既滿足了人們對能源的需求，又促成了雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的建立。

1雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)概述

隨著經濟的不斷發(fā)展，人們已經不再滿足于傳統(tǒng)的煤炭發(fā)電技術，進而轉向更加環(huán)境、智能發(fā)電領域的研究?！半p饋”的意思是定子電壓由電網提供，轉子的電壓由變流器進行提供，雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)是變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的主要形式之一，它能夠使得發(fā)電機的轉子的轉速隨著風速的變化而變化，風速越大，轉子的轉速也就越大，這種類型的風力發(fā)電系統(tǒng)能夠最大限度的利用風能進行發(fā)電，大大的提高了風能的利用率。雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)能夠與電網建立很好的協(xié)作關系，減少了電力在運輸過程中的損耗，因此被廣大風力發(fā)電場應用。雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的核心部件就是雙饋風力發(fā)電機，風力發(fā)電機的定子與電網直接相連，電網提供給定子充足的電壓促使其轉子之間相互配合，帶動發(fā)電機的轉動[1]。

2我國低壓運行技術的研究現(xiàn)狀

為了更好的保障雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的順利運行，國內的很多學者加強了雙饋風力發(fā)電機的保護和控制研究，以便在電網故障狀態(tài)下，雙饋風力發(fā)電機還能夠正常的運行，維護電力企業(yè)的經濟效益，保障人們用電環(huán)境的穩(wěn)定。低壓運行技術的出現(xiàn)適應了電網運行的新要求，能夠對雙饋風力發(fā)電機進行一定的控制和保護。目前有兩種低電壓技術，一種是勵磁控制算法，另一種是Crowbar保護技術。Crowbar保護技術的實施能夠降低電路中的電壓，使得電壓在一個平穩(wěn)的狀態(tài)下運行，其工作原理是當系統(tǒng)檢測出電網內的電壓過高時，電子器件中就會收到對應的開關信號，然后將這個信號發(fā)送到Crowbar電路中，當電網內的電流在Crowbar電路中通過量增時，就會將電子器件中的允許電流通過的開關關閉，使得Crowbar電路短時間內沒有電流通過，以此來穩(wěn)定電路中的電壓或電流[2]。我國在雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)與電網連接的過程中主要運用Crowbar保護技術，不僅能夠實現(xiàn)電網在低電壓的情況下運行，還能夠有效的保護雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的正常運行，但是由于我國技術水平還存在一些不足，在利用Crowbar保護技術保護雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的同時，還會出現(xiàn)一些不良影響。因此，相關人員要加大對低電壓運行技術的研究，不斷提高低電壓運行技術的水平。

3低電壓運行時對雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的影響

3.1雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)對低電壓運行時的要求

不讓輸電線路高壓側出現(xiàn)不對稱或者對稱的故障是雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)對低電壓運行時的重要要求。在這個要求下，雙饋風力發(fā)電機組與電網之間要保持連接的狀態(tài)，發(fā)電機還要源源不斷的給電力系統(tǒng)供電，為故障的電網提供持續(xù)的電流量，幫助恢復產生故障的電網。低電壓運行時要考慮到雙饋風力發(fā)電機的定子與電網之間的聯(lián)系，要盡量將電網內的電壓保持在一個穩(wěn)定的水平，這樣定子的端電壓就不會發(fā)生跌落，定子磁鏈就能夠根據電網電壓的變化而產生變化，定子磁鏈就不會含有直流分量，不對稱電壓電網也不會存有負序分量，這樣，就能維持電網內電壓的穩(wěn)定，雙饋風力發(fā)電機中的定子就能夠在一個安全的環(huán)境下與電網相連。在低電壓運行時，還要注意雙饋發(fā)電機轉速與定子磁鏈中的直流分量和負序分量之間的轉差，若雙饋發(fā)電機轉速過快，頻率過高，轉子回路中就會產生較大的電流或者電壓，甚至還會使得直流側兩端的電壓過大，對發(fā)電器件產生較大的影響[3]。

3.2低電壓運行中的兩個關鍵因素

3.2.1雙饋風力發(fā)電機轉子側過電流

要想更好的實施低電壓運行技術，就要避免雙饋風力發(fā)電機轉子側過電流情況的出現(xiàn)，這樣才能夠保證轉子側變流器的在一個穩(wěn)定的電流環(huán)境下，安全的運行。避免雙饋風力發(fā)電機轉子側過電流工作首先要對雙饋風力的發(fā)電電壓進行一定的控制，這就需要加強對PWM整流電路的控制。PWM整流電路的控制可以運用間接電流控制也可以利用直接電流控制，間接的電流控制就是當變換器中承載的電流量過大時，直流側的電流就會就會通過調節(jié)器的作用降低電容器中的電壓值，直到直流側的電流達到一個穩(wěn)定的狀態(tài)。直流電流的控制要通過一定的計算，算出交流電路中需要輸入的電流指令值，然后再引入電流反饋，通過對交流電流的直接控制，時刻的監(jiān)督指令的電流值，當電流值過大時，調節(jié)器就會發(fā)揮自身的調節(jié)作用，降低電路中電流。通過這兩種方式能夠有效的控制雙饋風力發(fā)電機轉子側電流的大小，當電網發(fā)生故障時，低電壓運行技術通過電流的控制，能夠保證雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)與電網之間更好的連接，促進風力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定[4]。

3.2.2直流母線沖擊電壓

直流母線的電壓值要控制在一個合理的范圍，不能過高也不能過低。直流母線的電壓過高時，長期處于運行過程中的繼電器以及指示燈等都會因為電壓過大而產生較大的熱量，當熱量過高時會對設備產生一定的損壞；電壓過低時，會使得開關的靈敏度存在一定問題，造成開關保護工作不可靠。因此，在實施低電壓運行技術時要減少轉子過電流的沖擊，穩(wěn)定直流沖擊電壓。當母線電壓過高時，要先檢查浮充電流的大小，然后對浮充電裝置進行適當的調整，適當增加或者減小電流的輸出，使母線的電壓保持在雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的允許范圍[5]。

4低電壓運行時雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的保護電路研究

4.1轉子側Crowbar保護電路研究

Crowbar保護電路是保護電網故障的一個回路，其原理是發(fā)電機轉子兩端并聯(lián)一個其他電路的電阻，這個電阻能夠使轉子產生的過電流有一個回路，將轉子側勵磁變換器短路掉，從而起到保護雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的電路的作用。

4.1.1被動式的Crowbar保護電路

晶閘管和二極管共同組成了被動式的Crowbar保護電路，當雙饋風力發(fā)電機內轉子的回路經過的電流大于設備的預設值時，晶閘管就能接通轉子回路，同時將電子回路與側勵磁變換器之間的聯(lián)系切斷，是一種被動式的轉子側變換器的保護。電子回路與側勵磁變換器在電壓跌落之前一直保持一種連接的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，定子側與電網之間就會分離。被動式Crowbar保護電路的控制方式相對簡單，但是具有很大的限制性。發(fā)電機的定子在跟隨轉子轉動時，定子的旋轉頻率相對較小，若這個時候接入Crowbar保護電路，晶閘管自身無法斷開，不能適應新的電網運行規(guī)則的要求。

4.1.2主動式Crowbar保護電路

主動式Crowbar保護電路在具備被動式Crowbar保護電路優(yōu)勢的基礎上，還彌補了晶閘管自身無法切斷電路的缺點，更好的保護了低電壓技術的運行。主動式Crowbar保護電路利用了很多先進的電力電子器件，當經過轉子的電流過小時，能夠及時的切除轉子回路的Crowbar保護電路，這樣轉子側變換器還能與電網緊密的聯(lián)系在一起，能夠正常的工作，這樣的保護方式符合電網新準則的要求。此外，主動式Crowbar保護電路中的旁邊電路電阻的參數也是至關重要的，當電壓跌落時，轉子回路中的轉子側變壓換器就會受到電阻的阻礙，旁路的電流不會受到阻礙之后就不能流到轉子回路，當電網的故障消除的時候就能夠同時將保護電路斷開，進而雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)進行很快的恢復，使發(fā)電工作得以正常運行[6]。

結論：利用風力進行發(fā)電是我國最具潛力的一個發(fā)電方式之一，雙饋風力發(fā)電方式是目前我國應用最為廣泛的一種發(fā)電方式，它結合了異步發(fā)電機和同步發(fā)電機的優(yōu)勢，最大限度的提高風能的利用效率。低電壓運行技術在雙饋風力發(fā)電上具有重要意義，不僅能夠促進電網與發(fā)電機之間相互協(xié)作，還能保證電力系統(tǒng)的運行安全，促進了我國電力事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]程孟增.雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越關鍵技術研究[D].上海交通大學，2012.

[2]劉晉.雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)控制策略研究[D].華北電力大學，2014.

[3]陳志強.雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓運行技術研究[D].蘭州交通大學，2014.

[4]呂學志.雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)不對稱故障低電壓穿越技術研究[D].中國石油大學（華東），2013.

[5]雷雅云.雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越技術改進研究[D].湖南科技大學，2016.

[6]郭旭東.離網型雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)控制策略研究[D].中南大學，2013.

作者簡介：梁星月（1988-）女，山東泰安，漢，助理工程師，本科，從事運行值班工作。