安防之家訊：風(fēng)力發(fā)電是目前世界上最具有開發(fā)價(jià)值的可再生能源利用技術(shù)之一，近年來風(fēng)力發(fā)電快速發(fā)展，大型風(fēng)電場的并網(wǎng)運(yùn)行已經(jīng)成為風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的主流。風(fēng)電場的并網(wǎng)運(yùn)行也給并網(wǎng)和風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行安全帶來了新課題，風(fēng)力發(fā)電的隨機(jī)性和不穩(wěn)定可能給電網(wǎng)安全平穩(wěn)運(yùn)行帶來不利因素，反過來電網(wǎng)運(yùn)行的波動也會給風(fēng)電機(jī)組的安全帶來危害。例如當(dāng)電網(wǎng)的運(yùn)行電壓過低時(shí)，并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組如果不及時(shí)動作就可能嚴(yán)重受損，同時(shí)也影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越(LVRT)能力是指當(dāng)端電壓降低到一定值的情況下，風(fēng)電機(jī)組不脫離電網(wǎng)繼續(xù)維持運(yùn)行的能力，這種運(yùn)行有時(shí)甚至還可以為系統(tǒng)提供一定無功支持以幫助電網(wǎng)系統(tǒng)恢復(fù)電壓。

本文準(zhǔn)備在分析低電壓事件對雙饋風(fēng)電機(jī)組影響的基礎(chǔ)上，提出一種基于軟件控制的軟穿越功能和基于硬件實(shí)現(xiàn)LVRT的控制方式，利用這種技術(shù)可以避免電網(wǎng)電壓突降對風(fēng)電機(jī)組的不利影響。

1.LVRT要求

德國電網(wǎng)公司提出的LVRT要求如圖1。

圖1 E ON LVRT曲線

該公司的標(biāo)準(zhǔn)明確指出了當(dāng)端電壓跌落到多少幅值時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以脫網(wǎng)以及與電網(wǎng)維持連接多長時(shí)間可以脫網(wǎng)的具體要求。

對于采用雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障電壓跌落時(shí)，雙饋電機(jī)定子的電流將會增大，并在轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)出較大的電流。如果電網(wǎng)電壓跌落較少，那么通過增大電流調(diào)節(jié)器的帶寬可以限制電流上升，但是若電壓跌落的幅度較大，那么轉(zhuǎn)子側(cè)的過電流會損壞直接串接在轉(zhuǎn)子回路上的變流器內(nèi)部功率器件，即使此時(shí)封鎖轉(zhuǎn)子側(cè)變流器脈沖，轉(zhuǎn)子電流也會通過續(xù)流二極管，造成變流器直流回路(變流器直流電路)電壓升高，網(wǎng)側(cè)變流器如果不能快速將能量送至電網(wǎng)，過電壓就會導(dǎo)致母線電容損壞。也就是說，電網(wǎng)電壓跌落對于雙饋風(fēng)電機(jī)組主要會產(chǎn)生兩種結(jié)果。第一種結(jié)果，由于雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組在轉(zhuǎn)子側(cè)裝有轉(zhuǎn)子短路保護(hù)裝置，電網(wǎng)電壓的跌落導(dǎo)致轉(zhuǎn)子側(cè)電流或變流器直流電路電壓超過限值規(guī)定時(shí)間后，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器被轉(zhuǎn)子短路保護(hù)裝置旁路，但是機(jī)組的電網(wǎng)側(cè)變流器仍與電網(wǎng)相連。第二種結(jié)果，當(dāng)轉(zhuǎn)子側(cè)電流的升高不足危害到轉(zhuǎn)子側(cè)變流器時(shí)，轉(zhuǎn)子短路保護(hù)裝置不動作。但是在定子電壓和磁通跌落的同時(shí)，雙饋電機(jī)的輸出功率和電磁轉(zhuǎn)矩下降，如果輸入風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械功率保持不變，那么電磁轉(zhuǎn)矩的減少就會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速增大，這時(shí)機(jī)組控制器必須及時(shí)調(diào)節(jié)槳距角減少機(jī)組捕獲的風(fēng)能及機(jī)械轉(zhuǎn)矩，才有可能實(shí)現(xiàn)低電壓穿越。

一臺具有LVRT功能風(fēng)電機(jī)組必須同時(shí)具備以下功能：①在端電壓劇烈波動期間仍可保持并網(wǎng);②電壓下降時(shí)，控制器可以通過蓄能裝置(液壓蓄能器或蓄電池)進(jìn)行變槳，以防止風(fēng)輪過速;③在電壓波動期間，保護(hù)變流器和發(fā)電機(jī)免受高電壓和高電流的損害;④暫時(shí)關(guān)閉可能因暴露在低電壓下而受到損害或可能因電路斷路器動作或熔絲動作而跳閘的非關(guān)鍵子系統(tǒng)。

2.軟穿越(SRT)技術(shù)

雙饋風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示，雙饋感應(yīng)電機(jī)(DFIG)定子側(cè)直接與電網(wǎng)相連，變流器系統(tǒng)向轉(zhuǎn)子側(cè)提供勵磁電流。

圖2 雙饋風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)簡圖

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