雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越技術(shù)的應(yīng)用分析

摘 要 在能源問題影響全球人類經(jīng)濟(jì)發(fā)展的危機(jī)背景下，針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)容量需求正在呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)發(fā)展趨勢(shì)，但裝機(jī)容量的提升必然會(huì)影響到電網(wǎng)穩(wěn)定性，甚至對(duì)風(fēng)電接入電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生了嚴(yán)重?cái)_動(dòng)，電力系統(tǒng)也因此無(wú)法做到安全穩(wěn)定運(yùn)行。所以本文中專門談到了雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的低電壓穿越技術(shù)，并對(duì)技術(shù)內(nèi)容的具體應(yīng)用實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了深層次分析。

關(guān)鍵詞 低電壓穿越技術(shù);雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī);控制策略改進(jìn);控制流程

從2007年到2020年，全球的風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量已經(jīng)總共上升100000GW，其中以美國(guó)、歐洲的風(fēng)電機(jī)組市場(chǎng)發(fā)展最炙手可熱。相比之下我國(guó)發(fā)展風(fēng)力發(fā)電技術(shù)較晚（1990年以后），但裝機(jī)容量增速較快，截止到2020年總裝機(jī)容量已經(jīng)超過(guò)6000MW，年增長(zhǎng)率超過(guò)30%，位居世界第五位。目前我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組投入運(yùn)行數(shù)量也越來(lái)越多，風(fēng)力發(fā)電占國(guó)家總供電比重增長(zhǎng)十分迅速。不過(guò)與此同時(shí)，電網(wǎng)故障所導(dǎo)致的電壓跌落問題卻相當(dāng)嚴(yán)重，例如，風(fēng)力機(jī)組紛紛解列所造成的系統(tǒng)暫態(tài)不穩(wěn)定問題，它可直接造成系統(tǒng)局部全面癱瘓，因此說(shuō)目前深入研究低電壓穿越技術(shù)是相當(dāng)有必要的。

1雙饋式風(fēng)電機(jī)組中的低電壓穿越技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

1.1 低電壓穿越技術(shù)應(yīng)用功能

目前的雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都應(yīng)該具備低電壓穿越技術(shù)功能，如果它具備這一技術(shù)功能，它也應(yīng)該同樣具備其他功能，例如在機(jī)組出現(xiàn)端電壓劇烈浮動(dòng)時(shí)，它依然可保持并網(wǎng)不脫機(jī)正常操作;例如如果出現(xiàn)機(jī)組電壓下降狀況，它會(huì)控制控制器部分通過(guò)液壓蓄能器或蓄電池裝置實(shí)現(xiàn)變槳操作，有效規(guī)避風(fēng)輪過(guò)速這一常見故障問題的發(fā)生;而在電壓波動(dòng)期間，則需要保護(hù)變流器與發(fā)電機(jī)避免受到高電流、高電壓損耗;最后有必要短暫關(guān)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(duì)跳閘非關(guān)鍵子系統(tǒng)進(jìn)行分析。總體來(lái)講，就是要確保做到在電網(wǎng)電壓跌落過(guò)程中所導(dǎo)致的雙饋式分電機(jī)組感應(yīng)失效，亦或者說(shuō)導(dǎo)致勵(lì)磁變流器脫網(wǎng)運(yùn)行，無(wú)法發(fā)揮其有效功能作用。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者都在深入研究當(dāng)電網(wǎng)故障發(fā)生時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)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(hù)原理。它就希望基于當(dāng)前最為主流的低電壓穿越技術(shù)對(duì)電路內(nèi)容進(jìn)行保護(hù)，首先是對(duì)轉(zhuǎn)子短路部分的保護(hù)，其次是對(duì)控制策略的有效改進(jìn)與實(shí)現(xiàn)[1]。

1.2 對(duì)轉(zhuǎn)子短路的保護(hù)技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用

轉(zhuǎn)子短路保護(hù)技術(shù)應(yīng)用在目前的低電壓穿越技術(shù)體系中應(yīng)用較為廣泛，它主要是通過(guò)增加硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)電路調(diào)整。例如可在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)裝配旁路電路，然后檢測(cè)電網(wǎng)系統(tǒng)故障可能出現(xiàn)的電壓跌落問題，此時(shí)要操作雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組關(guān)閉閉鎖，同時(shí)在轉(zhuǎn)子回路旁路位置釋能電阻，達(dá)到保護(hù)裝置的目的。在該過(guò)程中，需要合理限制勵(lì)磁變流器中電流與轉(zhuǎn)子部分，思考它們維維持發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行的正確方法。簡(jiǎn)單來(lái)講，應(yīng)該保證機(jī)組按照感應(yīng)電動(dòng)機(jī)方式進(jìn)行運(yùn)行，所以以下簡(jiǎn)單介紹了兩種轉(zhuǎn)子短路保護(hù)技術(shù)電路[2]。

第一種是混合橋型轉(zhuǎn)子短路保護(hù)電路，混合橋型轉(zhuǎn)子短路保護(hù)電路中設(shè)置了多根橋臂，它們?nèi)坑煽刂破髋c二極管串聯(lián)并操控。另外一種是IGBT型轉(zhuǎn)子短路保護(hù)電路。IGBT型轉(zhuǎn)子短路保護(hù)電路中的所有橋臂都附帶了兩根二極管串聯(lián)結(jié)構(gòu)，它的直流側(cè)直接穿入一個(gè)IGBT器件，而它的另一側(cè)則是吸收電阻。

如果上述兩種轉(zhuǎn)子短路保護(hù)電路則必須做到第一時(shí)間切除故障，始終保證電網(wǎng)與轉(zhuǎn)子繞組保持機(jī)械、聯(lián)網(wǎng)雙重連接關(guān)系，最好做到雙饋感應(yīng)與電機(jī)電網(wǎng)同步運(yùn)行。如此一來(lái)，如果一旦電網(wǎng)故障消除，故障功率開關(guān)可關(guān)斷，再切除轉(zhuǎn)子短路保護(hù)電路即可，此時(shí)雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可正常參與生產(chǎn)運(yùn)行。

結(jié)合上述技術(shù)實(shí)現(xiàn)，可以了解到雙饋風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)低電壓穿越的整個(gè)技術(shù)控制過(guò)程。如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)組恰好處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)中，需要利用低電壓檢測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合神產(chǎn)房具體要求對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀況進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，并找到合理的電壓限值，明確電壓降低程度。如果在測(cè)量明確電壓后，需要對(duì)低壓持續(xù)時(shí)間進(jìn)行分析，再次明確電壓限值系統(tǒng)匯總的低壓判定事件。同時(shí)，也要對(duì)控制系統(tǒng)發(fā)電轉(zhuǎn)子一側(cè)的電流進(jìn)行監(jiān)控控制，觀察其是否會(huì)出現(xiàn)低電壓持續(xù)時(shí)間超出設(shè)定限制的問題。仔細(xì)分析低壓事件在結(jié)束后可能出現(xiàn)的機(jī)組輸出功率再過(guò)度上升問題，同時(shí)保證主控制器系統(tǒng)能夠被合理切換回正常工作狀態(tài)即可?？偨Y(jié)來(lái)講，低電壓穿越控制的技術(shù)流程應(yīng)該如下：

開始→低電壓檢測(cè)→部分器件備用電源啟動(dòng)→非關(guān)鍵部分供電切斷→發(fā)電及轉(zhuǎn)子側(cè)電流檢測(cè)→選擇性啟動(dòng)Orowbar→恢復(fù)系統(tǒng)正常供電→技術(shù)。

1.3 對(duì)控制策略的改進(jìn)技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用

需要對(duì)雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低電壓穿越問題進(jìn)行分析，提出控制策略改進(jìn)技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程。首先，它應(yīng)該在機(jī)組故障過(guò)程中將機(jī)組參考功率設(shè)定為0;其次，應(yīng)該基于故障過(guò)程中的轉(zhuǎn)子側(cè)進(jìn)行分析，最好建立H控制器，在網(wǎng)側(cè)控制器位置檢測(cè)直流電壓故障與定子端電壓故障，產(chǎn)生控制器檢測(cè)定子有功與無(wú)功異常狀況，并有必要對(duì)轉(zhuǎn)子電力信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償。

其次，要針對(duì)雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，保證其電壓限值被控制在合理范圍內(nèi)，此時(shí)可基于電壓限值系統(tǒng)將其判定為低壓事件，需要結(jié)合低壓影響嚴(yán)重程度做到對(duì)低壓穿越技術(shù)的有效調(diào)整與技術(shù)方案改進(jìn)。例如檢查低電壓持續(xù)時(shí)間是否超出設(shè)定限值，同時(shí)分析變流器控制器在啟動(dòng)轉(zhuǎn)子短路過(guò)程中的保護(hù)裝置期間損壞問題，最終將主控制器系統(tǒng)切換恢復(fù)到正常工作狀態(tài)下即可。

2結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)單探討了低電壓穿越技術(shù)在雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的具體應(yīng)用。它主要結(jié)合電網(wǎng)電壓跌落水平狀態(tài)來(lái)判斷機(jī)組輸出電能質(zhì)量，并對(duì)機(jī)組中的電壓穿越技術(shù)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行了分析，先后提出了轉(zhuǎn)子短路的保護(hù)技術(shù)與機(jī)組控制改進(jìn)策略，希望為雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)行創(chuàng)造優(yōu)越的技術(shù)應(yīng)用空間條件。

參考文獻(xiàn)

[1] 王有榮，王媛，牛問濤，等.低電壓穿越技術(shù)在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工，2014（7）：94-96.

[2] 傅伯雄.風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)低/高電壓穿越技術(shù)的研究[D].河北：河北科技大學(xué)，2015.

作者簡(jiǎn)介

鄧立榮（1963-），男，安徽合肥人;學(xué)歷：本科、學(xué)士，職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：陽(yáng)光電源股份有限公司，研究方向：光伏和風(fēng)電并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品開發(fā)。