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摘要：目前，随着我国发展理念的不断深化，我国电力部门在电力生产过程中加强了对风电资源的开发和利用。随着风力发电规模的扩大，如何提高风力发电并网运行的稳定性，成为了风力发电单位急需解决的问题。本文就对影响风电机组低电压穿越能力的影响因素进行深入探讨。
关键词：风电机组；低电压；穿越；稳定运行
随着我国工业化、城市化水平的不断提升，社会发展对于电力资源的需求量日渐提升，而我国的电力企业为实现电力资源的高效供应，加大了风力发电工作的开展。近年来，我国的风电机组在运行时出现了因低电压穿越能力不足而导致的风机大面积脱网事件，阻碍了电力企业谋求更高的经济利润以及社会效益。本文基于此，分析探讨影响风电机组穿越能力的因素，并就相关问题的解决措施进行分析。
1、风电机组低电压穿越能力的概念解读
风电机组的低电压穿越能力指的就是当风电机组所连接的电网在发生故障、因为扰动而造成的并网点出现电压急剧下降现象的时候，当电压的跌落值处于一定范围的时候，变速风电机组能够持续运行一段时间而不脱网，直到电网电压恢复正常。当风电机组所接电网出现短路故障的时候，机组的定转子会产生暂态过电流并经过变流器，我们从能量守恒定量去考虑，当系统发生短路故障的时候会导致风电机组机端的电压出现骤降的现象，这时候风电机组会自动断开与电网的连接，造成大面积的风机脱网现象，此时能量就会出现不平衡的情况，会给风电机组的直流系统进行充电或者流过内部的电气设备及元件，从而造成设备的损坏。因此保证风电机组在遇到电网电压出现低电压故障时能够顺利的穿越同时还能够确保电子器件不受损害，这对于风电机组的安全稳定运行是非常重要的，这也是保证风电机组能够保持并网发电而不发生脱网故障的前提。
2、低电压穿越技术类型
低电压穿越对于风电机组来说作用是非常重要的，低电压穿越技术实现的类型主要分为三种，第一是比较常用的短路保护技术，第二种是我国引入的新型拓扑结构，第三种技术是采用合理的控制算法的技术类型。以下着重对第一种技术进行研究，其中比较典型的是crowbar电路。其实现过程主要有两种，一种是利用硬件电路的增加实现，另外的一种是可以不增加硬件电路来实现。（1）不进行硬件电路增加实现低电压穿越。首先，要将定子磁化电流的动态过程考虑进去，通过建立相对精确的模型，采取一定的控制策略来继续进行暂态电流的减少，最本来的动态量进行补偿，做到当电压出现波动的时候做到动态响应的提高。其次当双馈感应发电机的转子以及定子相应的漏感都出现增加的情况，则需要通过增加转子电流去进行抵消，用此来增加风电机组的低电压穿越能力的提高。当电网出现故障的时候，从定子工频过电流来进行考虑，因为定子电流工频的分量所引起的转子电流出现分量就会受到限制，这时候要对定子磁链的暂态直流分量来灭磁，而这一灭磁的过程是需要通过发电机定子电阻来实现的，这就使得当发生故障的时候有效的规避转子通过电流。（2）利用硬件电路的增加来实现低电压穿越。在实际的工程实例当中，要想做到有效的控制所需要做的就是在电流与电压二者之间得到均衡，这就是使处于低电压、低电流的时候系统能够对能量进行吸收。但是这种控制方法只适合于当电压降低不是十分严重的情况，而当电压跌落较为严重的时候，单纯的依靠策略去控制是很难做到低电压穿越的，这时候就需要增加硬件电路来实现。利用双馈感应发电机来进行低电压穿越的实现是现在使用最多的方法。保护电路主要有两种，分别为被动式的和主动式的，工作基本原理是：通过当转子绕组电流的定值较高的时候，就可以利用保护电路与转子绕组进行短接、将转子侧变流器进行切除，用这样的过程来实现对转子侧变流器的保护。这时候双馈感应发电机的双馈调速就会处于不可控状态。
3、变速风电机组低电压穿越功能及原理探讨
3.1变速风电机组低电压穿越功能探讨
在我国对风力发电不断重视的情况下，我国电力行业的相关研究人员也对风电机组在电网发生故障时的穿越能力进行了更为深入的研究，不同的风电机组为了能够实现低电压穿越的实现需要采用不同的技术。对于使用普通异步电机的发电机进行转速风电机组的固定这种情况的时候，可以采用无功补偿的方式来达到低电压穿越功能的实现，为了达到风电机组并网过程当中对低电压穿越所做出的要求，使用无功补偿方式的时候需要安装静态的无功补偿装置。
变速风电机组实现低电压穿越功能是可通过自身来实现的，一旦外部系统发生故障导致电压跌落，风电机组本身就能够实现低电压穿越，保证风电场正常运行，这点对于风电并入电网所要求的标准是一致的。变速风电机组发电系统低电压穿越功能可简单归纳为下面几点：（1）当电网发生故障的时候，需要避免故障电流、电压造成对风电机组的变流器造成损害；（2）低电压穿越功能的实现可以将电网发生故障时风机的机械转矩减少对齿轮箱、刹车盘等设备的冲击，避免出现设备机械损坏的现象；（3）低电压穿越功能的实现需要可以满足电网对风电机组并网的技术要求。
3.2变速风电机组低电压穿越原理探讨
变速发电机组最显著的特点就是转子需要通过PWM变流器来和电网进行连接，控制电容及电压的稳定不变是电网侧变流器的主要作用，同时其还为转子侧变流器提供电源支持作用，而转子侧变流器的作用则是是转子绕组时提供相位、频率、振幅变化的磁电流，最终实现对机组所输出的无功或者是有功单独的控制。不同的变速风电机组的低电压穿越功能实现的原理也是不一样的，当外部的系统因为短路而发生故障的时候，通过电机定子的电压、磁通发生突然骤降的现象，而电流却相应的增加，转子侧就会感应到出现的高电流，转子侧的变流器在转子回路上是和其他原件串联的，所以为了对转子侧的变流器进行保护，变速风电机组都会安装上转子短路器，一旦转子侧所感应到的电流超过了设定的最低值达到一定时间后，所安装的转子短路器就会进入运行状态，这时候转子侧变流器就会停止运行，当时电网侧变速器和电网仍旧处于连接的状态，风电机组并网处于正常运行状态。当外部系统所出现的故障使得低电压持续不变的时候，变速风电机组实现低电压穿越是按照下面的步骤进行的：（1）在通过变流器的直流电压或者是通过转子侧的电流超过预定设置的极限值的时候，转子短路器就会将转子侧变流器进行旁路处理，但是这时候电网侧变流器和电网仍然处于连接的状态。（2）当出现低电压故障的时候风机控制系统的桨距角控制系统就会开始发挥作用，目的是降低风机捕获风能的能力，使风电机组机端的电压快速降低。（3）当故障清除之后，机组端的电压就会恢复正常，转子侧变频器也会重新正常运行。
在整个变速风电机组实现低电压穿越功能的过程当中，当转子侧变流器所通过的电流对变流器不至于造成危害的时候，定子短流器停止运行，转子侧变流器仍旧继续运行，这时候若风电机组机端出现电压降低时可以通过自身的技术性能达到低电压穿越的，不需要对桨距角进行调节。当定子电压发生急剧下降时，发电机所输出的功率及电磁转矩也会相应的出现下降情况，此时会导致转子加速，因此当电网发生故障而出现持续低电压时，需要在转子短路器的投入使用的时候同时对风机的桨距角进行调节，也是降低风机所捕获风能、有效减小机械转矩的一个重要措施。
4、风电发展的困惑及对策建议
（1）国家政策指令干扰。从国家政策来看，对于风电机组接入电网，电网公司没有选择余地，国家指令性地要全部并网，电网公司不得不执行，不得不接入，这就使得并网安全性要求难免流于形式。（2）风电布局的尴尬。中国风资源丰富的地方都是电网设施薄弱的地方，在发展风电的同时，电网建设的同步性也很重要。（3）风电机组并网安全性，缺乏统一规划。风电入网过程中的抗扰动是一个系统工程，不仅要求机组具备低电压穿越和电场的无功补偿功能，还要电网的设备进行匹配，因此每台机组具备何种程度的低电压穿越功能，以及在接入端还是电网端装设无功补偿的模块，这些是需要通盘考虑的问题。
5、总结
当风电场处于初期规划的阶段，对风电机组低电压穿越能力的详细分析和设计十分重要，可以利用系统的架构以及改变风电场的接入方案来实现对风电机组低电压穿越所设定的电压限定值的提高。而低电压穿越功能对于电网来说，可以有效的降低风电机组脱网对电网带来的风险，不仅保证了对电网的安全，而且对于风电行业的进一步发展具有非常重要的意义。
参考文献
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