张文
宁夏电力能源科技有限公司，宁夏 银川 750000
摘要：目前能源问题已经成为社会发展过程中必须要解决的首要问题。传统化石能源给环境造成的压力已经受到各国的广泛重视。但是在社会发展的过程中，化石能源在能源结构中占据了主导地位。由于化石能源的有限性以及污染问题，使得人们不得不想方设法寻找新的能源。风能，太阳能等新型能源被人们逐渐开发和利用。风能成为人们应用比较多的一种新型能源。风能在全世界范围内有着十分广泛的应用，其无污染，可循环的优势，使得其在电力行业所占的比重越来愈大。为了更好地发挥风力发电的优势，保证电网运行的稳定性，人们对相关的保护技术进行了深入的研究，而故障穿越技术就是其中非常重要的一项技术。
关键词：大电网末端；风力发电系统；故障穿越；关键技术
引言：风力发电自身有着非常鲜明的特点和优势，因此得到了世界各国的广泛重视，我国也不例外。在我国长期以来，火力发电一直占据发电市场的主导地位，但是这种单一的发电形式对于煤炭资源有着十分巨大的消耗，同时还会带来严重的环境问题，为了更好地降低对煤炭资源的消耗，降低对空气的污染，改善我国的能源结构。我国开始鼓励运用风能进行发电，并为风力发电制定了相关的政策和标准，这样可以促使风力发电能够健康的发展。随着风力发电的不断发展，其装机容量已经占据了非常重要的位置，为了使得大电网运行的更加稳定、安全，我国相关部门对风力发电的故障穿越制定了严格的标准。
一、意义
我国风力资源相对丰富的地区主要在西北部，但是这个地区由于经济基础相对薄弱，使得其电网结构不够科学合理，适应能力不足，电压波动幅度较大。为了能够让电网运行的更加健康，就需要在风电场采取一些保护措施。目前风电场主要是通过动态无功补偿装置以及静态无功补偿装置，调节电网的电压，从而保证电网电压的稳定。但是这两种装置在投切的过程中，会对电网电压产生影响，如果风电场的设备设置不合理，很可能造成电网电压过高导致机组被迫退出运行。因此需要利用故障穿越技术，来保证电网以及风力发电机的稳定性和安全性。
二、风力发电系统分类
目前我国主要运行的风力发电机分为两类，一类是双馈风力发电系统，另一类是直驱风力发电系统。双馈风力发电机占比较高，其主要由变频器和齿轮箱构成，能够最大限度地捕获风能。另一种是直驱风力发电机，这种发电机直接由风力驱动，这个系统直接由风力机和发电机进行耦合。其产生地电压，电流都会不断地变化，这就需要变频器将其产生的交流电转换为恒定频率的交流电，才能被送入电网。这两种发电机在现实中应用的最多，技术也最为先进和实用。
三、双馈风力发电系统故障穿越技术
（一）基于Crowbar装置的保护方案
双馈风力发电机受到自身设备的限制，其变流器功率十分有限。这就导致在电网出现问题时，只依靠改进控制策略无法满足对发电机组的故障穿越需求，而且在这个过程中变流器要承担巨大的过电流和过电压，非常容易对变流器产生损伤，这就需要在发电机组中添加额外的保护设备。Crowbar装置是一种非常实用且技术成熟的装置，通过这种设备可以更好的实现发电机组的故障穿越。这种技术相对来说比较成熟，运用十分广泛的技术。这套技术的原理就是为发电机提供一个旁路电阻，当电网出现故障时，Crowbar就会迅速动作，将旁路电阻与转子绕组短接，让电流从旁路电阻流过，这样可以利用旁路电阻消耗多余的功率，避免电机和变流器出现损伤，从而实现发电系统的故障穿越。目前主要应用的Crowbar为主动式Crowbar。这种主动式Crowbar相对比较灵活，大大提升了Crowbar的灵敏度。但是Crowbar的电阻选择对于发电机组的故障穿越能力有很大的影响，因此要选择合适的电阻。同时由于在故障期间，利用Crowbar的发电机组无法为电网提供无功支撑，这就需要采取进一步的措施从而更好的提升发电机组的故障穿越能力。可以利用Chopper与Crowbar两种设备进行配合来实现故障穿越，这也是目前比较常见的方式。目前还出现了利用不间断电源取代Chopper的技术，利用不间断电源的超级电容，稳定发电机的直流电压。
（二）机端电压支撑
这种方式主要思路就是对双馈风力发电机组的网侧电压进行支持。动态电压恢复器是目前比较常见的机端电压支撑设备。在正常情况下，动态电压恢复器不会发生作用，但是当电网电压出现异常时，动态电压恢复器就会发生动作，对电压进行补偿，这样可以更好地保证定子电压的恒定。除了利用动态电压恢复器以外，还有静止无功补偿器以及静止同步补偿器，这一类的原理大致相同，都是对机端提供电压补偿。相对于Crowbar设备的保护措施，这种方式能够为整个发电机组提供更优秀的运行特性，但是其造价相对昂贵，投入成本增大。
四、直驱风力发电机的故障穿越技术
由于直驱风力发电机采用的变流器在功率上限制非常少，这就使得其在低电压运行方面比双馈风力发电系统有着不小的优势，但是也会存在一些问题，需要采取适当的措施进行保护。直驱风力发电机主要通过以下两个方面完成发电机的故障穿越。
（一）增加Crowbar电路
在直驱风力发电机中同样可以利用Crowbar这种装置实现对电路的保护。在直驱风力发电机中，可以在发电机的直流侧加装这种装置，形成一个直流电压斩波电路。当电网出现问题导致电压快速下降时，就会使得变流器中的电流急速上涨，但是变流器的电流不是能够无限制增大的，变流器往往都有自己的极限值，一旦达到极限，变流器中电流就不会在上涨，这时其输出功率也达到最大。在这时，会出现输出和输入功率无法达到相等（输出小于输入），这会使直流母线电压被拉升。这个办法就是相当于在直流母线与变流器之间加上一个可变电阻，一切正常时，Crowbar设备不会起到任何作用，但是一旦电网的电压迅速下降，Crowbar电路会被快速开启，对整个电路进行保护。在这个过程中，一部分功率被Crowbar电路消耗使得变流器的功率达到一个平衡状态，从而使得直流母线电压不会出现大幅度提升，防止电压的快速增加损伤发电设备。
（二）无功补偿模式
在电网电压迅速下降时，网侧变流器就会开启一个非常特殊的工作模式，这个工作模式通常被叫做无功补偿模式。在这个模式下，网侧变流器将迅速向电网输出无功功率，从而是电网保持稳定。在电网故障的状态下，发电系统要根据电网的实际状态决定向电网输送的电流。当故障修复后，网侧变流器必须能够快速切换到正常模式，恢复对电网的正常供电。。为了更好地实现对网侧变流器无功补偿模式的控制，就需要增加一个电网电压外环，这个装置为实现网侧变压器状态的切换提供数据。通过该装置上的相关设备可以确定相关的数值。如：无功电流参考值等等。电网处于正常状态时，电压外环会输出零值，所有设备都会处于正常运行状态。一旦电网电压迅速下降，那么电网电压外环就会通过测量，计算输出无功电流参考值。当网侧变流器接收到这个参考值之后，就会对其工作状态进行快速调整，调整到无功补偿模式。在这个模式下，变流器的主要工作就是对无功电流的控制。这时同样需要限制有功参考电流，当其超出极限时，就需要快速启用直流侧Crowbar电路，从而更好地保障发电系统的安全。
五、结束语
风力发电已经成为重要的发电方式之一，随着相关技术的不断成熟，一定会使其得到更为广泛的应用。但是风力发电机要想满足电网的入网条件，还需要采取一些保护和控制措施，这其中故障穿越就是必不可少的技术条件。只有采用科学的手段实现风力发电机的故障穿越，才能更好利用风能，保证电网以及发电机组的安全，稳定，从而为社会的发展服务。
参考文献：
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