李民华
大唐云南发电有限公司新能源分公司（云南，昆明） 650103
摘要：科技的进步，促进人们对能源需求的增多。近些年来，随着我国风力发电技术水平的不断深化，风力发电技术发展成为我国电力行业的主流技术趋势。随着我国风电穿越技术的不断发展，低电压穿越技术应用成为当前电力行业予以重点关注的问题。为确保风力发电系统的良好运行，行业内部必须对低电压穿越技术的要点问题及措施问题进行统筹规划与合理部署，减少安全运行隐患的同时，提高风力发电系统运行质量。本文就双馈风力发电系统低电压穿越关键技术展开探讨。
关键词：双馈风力发电系统；低电压穿越；关键技术
引言
目前，能源的需求口益高涨，普通常规能源消耗过高、污染过大等多重原因，导致作为新兴绿色能源之一的风能，引起了全世界越来越多的关注、开发与利用。伴随着风电技术的创新与发展，风电的利用率与口俱增，全世界风电装机容量在电力网中的占有比例也迅速扩大，因此导致风电在整个电力网中的影响越来越突出，包括风机的低电压穿越(LowVoltageRideThrough,LVRT)能力等技术的提高是当今风电研究的热点。
1双馈式风力发电系统运行原理
当发电机转速明显低于同步转速时，转子会从电网吸收大量无功作为励磁磁场的主要能源形式，确保定子绕组可以定向输出电能。当发电机转速明显升高，且明显高于同步转速及转差转速时，定子绕组所形成的感应磁场会反作用到转子绕组中。其中，一部分能量作为励磁磁场的能源表现形式，而另一部分的能量则促使转子绕组感应电能，并形成与相位相反的关系，此时转子也会定向输出电能。也就是说，对于双馈式风力发电系统而言，在运行过程中基本上可以理解为定子绕组与转子绕组同时向电网馈电的一种运行模式。在这样运行原理的支撑作用下，双馈式风力发电系统基本上可以发挥预期的功能优势，实现低电压穿越过程，减少系统运行隐患问题出现。
2双馈风力发电低电压穿越技术要求
低电压穿越是指电网发生故障导致风机网侧电压跌落期间风电机组保持持续并网(不脱网)运行的能力。常规的风电机组不具备强励能力，在电网电压跌落时无法为电网提供无功功率和电压，因此故障时系统会脱网;风机的大量脱网会使原本故障的电网更进一步失去电能的支撑，导致电网故障程度加深，甚至引发电网整体崩溃，因此，风电并网运行规范对风机提出了LVRT要求。当t=0s时，风电机组启动运行，当DFIG机组运行稳定后，在t=0.1s时，设风力发电系统接入电网的母线电压发生短路故障;根据我国风电并网规定的低电压穿越标准，当电网电压跌落至20%时，风电场内的风电机组应保证不脱网连续运行0.625so按规定，双馈风力发电机实现LVRT时应满足的基本要求有：(1)满足国家规定的风电并网LVRT曲线要求；(2)电压跌落和电压恢复时，为电网提供无功功率，用来维持电网电压稳定，保障并网点电压快速复原；(3)防止电网电压突然跌落导致的过电压、过电流对电力电子装备的损坏。
3双馈式风力发电系统穿越关键技术
3.1转子保护技术
转子保护技术基本上可以视为风电系统常用的一种技术方法。在正式应用转子保护技术的过程中，操作人员需要借助硬件电路进行实现。主要将转子的保护电路装置放置在发电机转子的一侧，并定向对转子的这一侧电路提供旁道。如果操作人员发现电网系统存在明显故障问题，甚至出现电压跌落现象，此时双馈感应发电机中的励磁变流器会出现闭锁反应，以便可以对整体电力装置起到良好的保护作用。此外，励磁变流器中通过的电流与转子在绕组功能的影响作用下可以达到良好的过电压保护效果，确保发电机可以不脱网正常运行。
在运行过程中，双馈感应发电机主要结合感应发电机的运转模式及作用原理，实现安全运行过程。
3.2低电压穿越技术
电网的电压波动一般都会在标称值附近有最大范围约±10%的范围。在并网运行的大电网中，由于各种故障所造成的电压跌落可以大体上分为两大类：（1）三相跌落，即三相电压的跌落到相同程度的情况。（2）不对称跌落，即三相电压的跌落程度是不一样的，而使电网电压出现三相不平衡的情况，例如：单相跌落，它只影响到跌落的那一相;两相跌落，它涉及到跌落的某两相。为了对双馈风力发电低电压故障造成的大量风机脱网的现象，各国对低电压穿越的技术标准也各不相同，但核心要求都是大致一样的，都是要求风力机可以持续并网工作，当电网发生故障问题，造成风电场接入电网的电压点跌落在电压允许的跌落时间和幅值范围内。例如，在美国的低压穿越标准是，625毫秒仍然可以连接到电网，在跌落深度不超过85%的情况下。丹麦是风力发电技术发展较早的国家之一，他的低电压穿越标准更为严格，它不仅要求风电机组具有低压穿越运行的能力。同时，还必须具备双重电压跌落的特性。当风电场有两相短路100ms后继续为300ms的时间内，如果再发生100ms的连续两相短路电压跌落，风机必须能够与电网保持连接;如果单相短路为100ms，则单相100ms风机的持续短路应继续供电。
3.3基于改进优化方式的控制策略
为确保风电机组在成本控制范围内可以实现低压穿越，多数专家学者主张利用不增加硬件的电路方式实现改良优化过程。结合当前应用研究情况来看，部分专家学者通过不断研究与探索，总结出以下几种控制策略。一是发生故障问题时，电网无法对能量进行有效吸收或者供给，此时操作人员可以将风电机的参考功率设置为零，减少风险隐患问题出现。二是故障问题发生过程中，操作人员需要集中控制转子的一侧。这样做的主要目的在于通过集中加强控制，确保系统低电压穿越能力得以全方位提升。三是利用控制器安全检测直流电压故障及定子电压故障，根据检测反馈结果，明确掌握电流信号的产生问题，以确保故障量可以得到有效补偿。与此同时，位于转子另一侧的控制器可以用于检测有功异常及无功异常问题，同时观测是否产生转子电流，实现对信号的有效补偿。四是操作人员可以利用双馈感应发电机低电压穿越原理，借助限制反电动势方法实现对短路过程过电流问题的严加控制。在具体操作过程中，操作人员可利用转子电压实现对定子磁链直流分量及负序分量作用的减弱化处理。与此同时，运用定向转子电流抵消转子磁链中存在的直流分量及负序分量问题。此外，在可能的条件下，操作人员可以适量增加双馈感应发电机中的定子及转子漏感，目的在于抵消转子电流问题，如此一来，机组低电压穿越能力将会大幅度提升。
3.4变流器的控制方法
在双馈风力发电系统中，DFIG作为能量转换的主体部分，由于其拓扑结构的特殊性，就功能而言，GSC的主要作用是实现无功功率调节和稳定直流电容电压，且为RSC提供稳定的运行条件。RSC的主要作用是实现有功功率和无功功率的独立调节。
结语
对于双馈式风电系统而言，当电网发生明显故障问题时，双馈式风电系统可利用适当的控制策略实现对电网的无功补偿，进而实现低压穿越过程。根据现场反馈情况来看，通过利用这种操作方式，不仅可以确保风电系统在电网故障期间仍然可以保持安全运行状态，同时还可以满足居民用电需求。鉴于双馈风力发电系统低电压穿越技术的重要性，建议行业内部人员应该加强对该项技术的研究力度，以确保可以从根本上促进风电企业的可持续发展。
参考文献
[1]尹万杰.双馈风力发电机低电压穿越技术的研究[D].上海：上海电机学院，2018.
[2]李忠玉.电网电压跌落时双馈风力发电系统网侧变换器控制技术研究[D].青岛：中国石油大学（华东），2019.
[3]郭文瑞.直驱型永磁风力发电系统低电压穿越技术研究[D].北京：华北电力大学，2020.