李瑞青

（中電投內蒙古新能源有限公司，內蒙古呼和浩特 010000）

變速恒頻直驅型風電系統(tǒng)低壓穿越技術

李瑞青

（中電投內蒙古新能源有限公司，內蒙古呼和浩特 010000）

隨著我國電網(wǎng)建設步伐的加快，對變速恒頻型風電的應用提出更高的要求。尤其當前電力系統(tǒng)運行中可能發(fā)生的電壓突然跌落等情形，極易造成電網(wǎng)的正常運行受到影響且系統(tǒng)設備容易受損。對此通過長期實踐研究發(fā)現(xiàn)含，引入低壓穿越技術可使風電系統(tǒng)的運行更為可靠，其自身低壓運行特色成為吸引當前電網(wǎng)建設的主要內容。本文主要對LVRT風電系統(tǒng)的相關概述、低壓穿越技術的應用現(xiàn)狀以及LVRT未來發(fā)展趨勢進行探析。

變頻恒速 低壓穿越 發(fā)展趨勢

作為當前電網(wǎng)中新型風力發(fā)電系統(tǒng)之一，PMSG風電系統(tǒng)在發(fā)電機組驅動方面主要以風電機為主，可使系統(tǒng)運行中齒輪箱故障問題得以有效解決，電網(wǎng)在變流器作用下與整個機組保持隔離，這樣即使電網(wǎng)發(fā)生故障時對系統(tǒng)運行也不會產生較大影響，在實際維護中可減少投入的成本。而其自身優(yōu)勢的發(fā)揮主要得益于低壓穿越技術的應用，盡管其當前在電網(wǎng)中的應用不夠成熟，但未來發(fā)展中將趨于完善。

1 PMSG風電系統(tǒng)的相關概述

從現(xiàn)行PMSG風電系統(tǒng)的實際運行原理看，其主要在風力機作用下使風能進行機械能的轉化，風向與風速的變化下發(fā)電機會逐漸形成原始電能，其中的原始電能在發(fā)電機定子作用下會以標準電能的形式存在，此時并網(wǎng)開關可控制風電系統(tǒng)完成脫網(wǎng)或并網(wǎng)等環(huán)節(jié)?，F(xiàn)行低壓穿越技術在風電系統(tǒng)中的應用已較為成熟，尤其在變速機組方面表現(xiàn)更為明顯，其相比以往恒速機組，盡管在系統(tǒng)成本方面較高，但機組的整體性能無法被忽視，既可實現(xiàn)捕獲最大風能的目標且在運行中使機組噪聲得以減少。其中低壓穿越技術在PMSG系統(tǒng)運行中的應用主要體現(xiàn)在：第一，電網(wǎng)異常情況或故障狀態(tài)下仍可繼續(xù)運行，因脫網(wǎng)事故造成的電網(wǎng)裂解情況得以緩解。第二，可為能量的累積營造良好的環(huán)境，相應的設備器件如保護功率器可發(fā)揮其應有的作用。第三，在電網(wǎng)故障狀態(tài)下可起到無功功率補償?shù)淖饔?，具有一定的電網(wǎng)恢復輔助作用［1］。

2 低壓穿越技術的應用現(xiàn)狀

PMSG風電系統(tǒng)是當前電網(wǎng)建設中應用的新型風電系統(tǒng)之一，其針對自身存在的電壓跌落問題，往往利用變流器使發(fā)電機進行隔離，以此確保發(fā)電機穩(wěn)定運行。同時，PMSG系統(tǒng)在電網(wǎng)中的應用也具有無功控制的功能，可進行無功功率的補償。從低壓穿越技術的應用現(xiàn)狀看，具體表現(xiàn)在以下兩方面。

2.1 LVRT在硬件保護電路方面的應用

在電網(wǎng)運行狀態(tài)正常的情況下，功率器件的形式主要以關斷為主，而在電壓出現(xiàn)跌落情況下會使功率器件保持開啟狀態(tài)已達到電路保護的目標。這種方式應用的優(yōu)勢在于具有較強的可靠性且操作較為簡單，但也存在一定的不足之處，電能將在功率器件執(zhí)行保護功能時被損耗。對此現(xiàn)狀，許多學者在研究中多從直流母線電壓著手，采用下限值的方式，起到良好的保護效果，然而應用中發(fā)現(xiàn)控制過程極為復雜且需耗費較高的成本?；蛘卟扇∫雰δ苎b置的措施，使電壓跌落或母線過壓情況下裝置都可進行能量的適時吸收與釋放，但這種方式涉及的裝置成本極高，在現(xiàn)行電網(wǎng)建設中很難普及。因此，為使系統(tǒng)運行得以保護，便將網(wǎng)側變流器設置于系統(tǒng)中，通過其低壓穿越策略使電網(wǎng)結構形成串聯(lián)、并聯(lián)兩種結構。應用的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在可充分利用電能，解決電能損耗過多等問題。而且電壓跌落情況下可直接將補償電壓串聯(lián)其中，在補償性能、響應速度等方面都具有極大的優(yōu)勢。但這種方式涉及成本也相對較高，需在未來電網(wǎng)發(fā)展中不斷完善。

2.2 無功補償作用的實現(xiàn)

無功補償策略主要可使短時跌落的情況得以解決。一旦電壓跌落使電網(wǎng)發(fā)生故障，便需進行無功補償，此時要求進行無功功率給定值的控制工作已達到無功補償?shù)哪繕?。但應用中應注意需保證電流應控制在電流等級范圍內，若超出標準電流范圍將造成功率器件受損，因此這種方式僅適用于短時跌落情況。對此可在無功補償控制方面進行優(yōu)化，從電壓跌落情況進行變流器無功電流的判斷，若電壓跌落情況較為嚴重可通過直流側卸荷電路進行電壓控制，但這種方式應用中存在一定的難點如線路阻抗或檢測電網(wǎng)電壓等方面的問題。因此這兩種方式在無功控制方面都具有一定的優(yōu)勢與不足，可采取二者相結合的方式，對于硬件保護電路、解決電壓跌落故障等方面可起到更好的效果［2］。

3 低壓穿越技術的發(fā)展趨勢

LVRT技術應用下應結合風電系統(tǒng)的實際應用現(xiàn)狀與現(xiàn)行技術應用存在的不足，其未來發(fā)展中將著重從四方面進行：第一，相關技術規(guī)范標準的完善。關于LVRT技術在我國電網(wǎng)建設中的應用并不具備較為完善的規(guī)范標準，應將風電系統(tǒng)相關內容如開發(fā)商或設備制造等方面都應進行技術內容的制定，以此確保技術應用發(fā)揮應有的優(yōu)勢。第二，故障檢測技術在LVRT中的體現(xiàn)。該技術是保證LVRT技術應用的基礎，能夠進行跌落故障類型的確定，在此基礎上做好裝置容量大小的確定工作。第三，切換控制。該技術主要針對切入電路或切出電路問題，可有效控制運行模式的切換。第四，控制技術的應用?？刂萍夹g在未來發(fā)展中將著重考慮減少硬件的使用，且無需耗費過多的成本便可實現(xiàn)硬件保護電路控制的目標［3］。

4 結語

低壓穿越技術在風電系統(tǒng)中的應用是保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵所在。實際應用中應正視風電系統(tǒng)運行的基本原理，立足于現(xiàn)行低壓穿越技術應用的優(yōu)勢與不足，在未來發(fā)展中注重從故障檢測、控制技術以及相關規(guī)范標準等方面進行完善，以此使低壓穿越技術的作用得以充分發(fā)揮。

［1］孟明，靖言，李和明.變速恒頻直驅型風電系統(tǒng)低壓穿越技術［J］.電工電能新技術，2011，02：53-58.

［2］王飛.變速恒頻風電機組低電壓穿越研究［D］.華北電力大學，2012.

［3］李利霞.直驅型永磁風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越技術研究［D］.華北電力大學，2013.