【摘要】電力變流器的變速風(fēng)電機(jī)組技術(shù)性能先進(jìn)，使得其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組的外部出現(xiàn)短路故障的時(shí)候，其機(jī)組的內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生短路電流，此時(shí)需要對(duì)風(fēng)電機(jī)組的設(shè)備安全及電網(wǎng)的穩(wěn)定性進(jìn)行保護(hù)，這就需要風(fēng)電機(jī)組具有低電壓穿越能力。本文的研究共分為三個(gè)部分，第一部分主要是對(duì)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的基本概念進(jìn)行闡述，第二部分簡(jiǎn)要介紹了我國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)低電壓穿越的有關(guān)技術(shù)指標(biāo)，第三部分對(duì)變速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越功能及原理進(jìn)行了一定的說(shuō)明。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電機(jī)組；電網(wǎng)；低電壓穿越

隨著新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，因此我國(guó)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，同時(shí)風(fēng)電機(jī)組的容量以及在建風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，接入電網(wǎng)的大型風(fēng)電場(chǎng)的數(shù)量在不斷的增加。但是由于風(fēng)電或風(fēng)電機(jī)組存在穩(wěn)定性不高、發(fā)電持續(xù)性不強(qiáng)等缺點(diǎn)也會(huì)給電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性所帶來(lái)的一定的影響。因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組所采用的發(fā)電機(jī)和傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)在靜態(tài)和暫態(tài)特性上存在著差異，特別是在電壓的控制方面其能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)的火力發(fā)電機(jī)組，因此具備低電壓穿越能力是保障風(fēng)電機(jī)組及電網(wǎng)安全運(yùn)行的有效的技術(shù)手段。

1、風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的概念解讀

風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力指的就是當(dāng)風(fēng)電機(jī)組所連接的電網(wǎng)在發(fā)生故障、因?yàn)閿_動(dòng)而造成的并網(wǎng)點(diǎn)出現(xiàn)電壓急劇下降現(xiàn)象的時(shí)候，當(dāng)電壓的跌落值處于一定范圍的時(shí)候，變速風(fēng)電機(jī)組能夠持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間而不脫網(wǎng)，直到電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組所接電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障的時(shí)候，機(jī)組的定轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生暫態(tài)過(guò)電流并經(jīng)過(guò)變流器，我們從能量守恒定量去考慮，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組機(jī)端的電壓出現(xiàn)驟降的現(xiàn)象，這時(shí)候風(fēng)電機(jī)組會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)與電網(wǎng)的連接，造成大面積的風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)現(xiàn)象，此時(shí)能量就會(huì)出現(xiàn)不平衡的情況，會(huì)給風(fēng)電機(jī)組的直流系統(tǒng)進(jìn)行充電或者流過(guò)內(nèi)部的電氣設(shè)備及元件，從而造成設(shè)備的損壞。因此保證風(fēng)電機(jī)組在遇到電網(wǎng)電壓出現(xiàn)低電壓故障時(shí)能夠順利的穿越同時(shí)還能夠確保電子器件不受損害，這對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行是非常重要的，這也是保證風(fēng)電機(jī)組能夠保持并網(wǎng)發(fā)電而不發(fā)生脫網(wǎng)故障的前提。

2、風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越的技術(shù)規(guī)范

電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)風(fēng)電機(jī)組如何更為有效的運(yùn)行才以保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全，這已成為阻礙風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的難題。目前世界范圍內(nèi)的德國(guó)、丹麥等國(guó)家都已根據(jù)風(fēng)電運(yùn)行的實(shí)際制定出來(lái)相關(guān)的并網(wǎng)原則，對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)的技術(shù)做出了嚴(yán)格的規(guī)定。因?yàn)榭紤]到風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力在電網(wǎng)運(yùn)行當(dāng)中的重要性，我國(guó)也對(duì)其做出了明確規(guī)定，具體如下：（1）所采用的變速風(fēng)電機(jī)組必須具備在電壓跌落到接近1/5的額定電壓的時(shí)候仍能夠保持并網(wǎng)運(yùn)行。（2）當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)電壓出現(xiàn)跌落的情況后，要確保其在35秒內(nèi)能夠迅速的恢復(fù)到額定電壓的9成以上，并且要保證這時(shí)候風(fēng)電機(jī)組保持正常的并網(wǎng)運(yùn)行。（3）對(duì)于已經(jīng)投入使用的不具備低電壓穿越能力的風(fēng)電場(chǎng)要加大投入的力度，積極的進(jìn)行技術(shù)改造，使其盡快的具備低電壓穿越能力。

3、變速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越功能及原理研究

3.1變速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越功能研究

在我國(guó)對(duì)風(fēng)力發(fā)電不斷重視的情況下，我國(guó)電力行業(yè)的相關(guān)研究人員也對(duì)風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)的穿越能力進(jìn)行了更為深入的研究，不同的風(fēng)電機(jī)組為了能夠?qū)崿F(xiàn)低電壓穿越的實(shí)現(xiàn)需要采用不同的技術(shù)。對(duì)于使用普通異步電機(jī)的發(fā)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速風(fēng)電機(jī)組的固定這種情況的時(shí)候，可以采用無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)達(dá)到低電壓穿越功能的實(shí)現(xiàn)，為了達(dá)到風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)過(guò)程當(dāng)中對(duì)低電壓穿越所做出的要求，使用無(wú)功補(bǔ)償方式的時(shí)候需要安裝靜態(tài)的無(wú)功補(bǔ)償裝置。變速風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)低電壓穿越功能是可通過(guò)自身來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一旦外部系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致電壓跌落，風(fēng)電機(jī)組本身就能夠?qū)崿F(xiàn)低電壓穿越，保證風(fēng)電場(chǎng)正常運(yùn)行，這點(diǎn)對(duì)于風(fēng)電并入電網(wǎng)所要求的標(biāo)準(zhǔn)是一致的。變速風(fēng)電機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越功能可簡(jiǎn)單歸納為下面幾點(diǎn)：（1）當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障的時(shí)候，需要避免故障電流、電壓造成對(duì)風(fēng)電機(jī)組的變流器造成損害；（2）低電壓穿越功能的實(shí)現(xiàn)可以將電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)風(fēng)機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩減少對(duì)齒輪箱、剎車盤等設(shè)備的沖擊，避免出現(xiàn)設(shè)備機(jī)械損壞的現(xiàn)象；（3）低電壓穿越功能的實(shí)現(xiàn)需要可以滿足電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)的技術(shù)要求。

3.2變速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越原理研究

變速發(fā)電機(jī)組最顯著的特點(diǎn)就是轉(zhuǎn)子需要通過(guò)PWM變流器來(lái)和電網(wǎng)進(jìn)行連接，控制電容及電壓的穩(wěn)定不變是電網(wǎng)側(cè)變流器的主要作用，同時(shí)其還為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器提供電源支持作用，而轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的作用則是是轉(zhuǎn)子繞組時(shí)提供相位、頻率、振幅變化的磁電流，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組所輸出的無(wú)功或者是有功單獨(dú)的控制。不同的變速風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越功能實(shí)現(xiàn)的原理也是不一樣的，當(dāng)外部的系統(tǒng)因?yàn)槎搪范l(fā)生故障的時(shí)候，通過(guò)電機(jī)定子的電壓、磁通發(fā)生突然驟降的現(xiàn)象，而電流卻相應(yīng)的增加，轉(zhuǎn)子側(cè)就會(huì)感應(yīng)到出現(xiàn)的高電流，轉(zhuǎn)子側(cè)的變流器在轉(zhuǎn)子回路上是和其他原件串聯(lián)的，所以為了對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)的變流器進(jìn)行保護(hù)，變速風(fēng)電機(jī)組都會(huì)安裝上轉(zhuǎn)子短路器，一旦轉(zhuǎn)子側(cè)所感應(yīng)到的電流超過(guò)了設(shè)定的最低值達(dá)到一定時(shí)間后，所安裝的轉(zhuǎn)子短路器就會(huì)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，這時(shí)候轉(zhuǎn)子側(cè)變流器就會(huì)停止運(yùn)行，當(dāng)時(shí)電網(wǎng)側(cè)變速器和電網(wǎng)仍舊處于連接的狀態(tài)，風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)外部系統(tǒng)所出現(xiàn)的故障使得低電壓持續(xù)不變的時(shí)候，變速風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)低電壓穿越是按照下面的步驟進(jìn)行的：（1）在通過(guò)變流器的直流電壓或者是通過(guò)轉(zhuǎn)子側(cè)的電流超過(guò)預(yù)定設(shè)置的極限值的時(shí)候，轉(zhuǎn)子短路器就會(huì)將轉(zhuǎn)子側(cè)變流器進(jìn)行旁路處理，但是這時(shí)候電網(wǎng)側(cè)變流器和電網(wǎng)仍然處于連接的狀態(tài)。（2）當(dāng)出現(xiàn)低電壓故障的時(shí)候風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的槳距角控制系統(tǒng)就會(huì)開(kāi)始發(fā)揮作用，目的是降低風(fēng)機(jī)捕獲風(fēng)能的能力，使風(fēng)電機(jī)組機(jī)端的電壓快速降低。（3）當(dāng)故障清除之后，機(jī)組端的電壓就會(huì)恢復(fù)正常，轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器也會(huì)重新正常運(yùn)行。

在整個(gè)變速風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)低電壓穿越功能的過(guò)程當(dāng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器所通過(guò)的電流對(duì)變流器不至于造成危害的時(shí)候，定子短流器停止運(yùn)行，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器仍舊繼續(xù)運(yùn)行，這時(shí)候若風(fēng)電機(jī)機(jī)端出現(xiàn)電壓降低時(shí)可以通過(guò)自身的技術(shù)性能達(dá)到低電壓穿越的，不需要對(duì)槳距角進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)定子電壓發(fā)生急劇下降時(shí)，發(fā)電機(jī)所輸出的功率及電磁轉(zhuǎn)矩也會(huì)相應(yīng)的出現(xiàn)下降情況，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子加速，因此當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障而出現(xiàn)持續(xù)低電壓時(shí)，需要在轉(zhuǎn)子短路器的投入使用的時(shí)候同時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)的槳距角進(jìn)行調(diào)節(jié)，也是降低風(fēng)機(jī)所捕獲風(fēng)能、有效減小機(jī)械轉(zhuǎn)矩的一個(gè)重要措施。

總結(jié)

如風(fēng)電機(jī)組不具備低電壓穿越能力，一旦電網(wǎng)出現(xiàn)一個(gè)小故障而導(dǎo)致電壓驟跌的現(xiàn)象，使得風(fēng)電機(jī)組極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生大面積的脫網(wǎng)現(xiàn)象，不但會(huì)導(dǎo)致電量的損失，還會(huì)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)一定的沖擊。由此可見(jiàn)，并網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組是否具備低電壓穿越能力非常重要。目前我國(guó)已經(jīng)對(duì)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越方面制定了相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，隨著研究和實(shí)踐的深入已經(jīng)形成對(duì)低電壓穿越功能、影響等系統(tǒng)性評(píng)價(jià)，進(jìn)而提升了風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)的安全性。

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作者簡(jiǎn)介

王斌（1987），性別：男，籍貫：內(nèi)蒙古巴彥淖爾市烏拉特前旗，工作單位：內(nèi)蒙古華電新能源分公司，學(xué)歷：本科，職稱：助理工程師，寫作方向：風(fēng)電.