摘要：为了测试风力发电系统中电网电压故障下风电机组的电压穿越能力，研发了适用于高校实验的电压故障发生器。该装置为模拟风电机组电网电压故障创造了实验条件，解决高校实验仪器不足的问题。
关键词：风力发电；电压故障；发生器设计；实验
1电压故障发生器的研制
电压故障发生器介绍电压故障发生器提供两路电源输出，每路电源都有输出正常电压或故障电压的选择功能、单相电压故障功能。这些功能的实现由电压故障发生器的操作面板相应的模式选择开关控制。若想取得理想的实验效果，学生进行实验时必须正确控制该装置。当控制电压故障深度的ＫＭ１—ＫＭ１５接触器中某个接触器吸合且与自耦变压器耦合即可输出该深度的故障电压。模拟电网的三相电压不对称故障通过中的ＫＭ２１—ＫＭ２３接触器实现。为了使实验具有参考性，本文设计的电压故障发生器通过ＰＬＣ可精确地控制故障电压持续时间和恢复时间。电压跌落发生器可以进行１０％～９０％的低电压穿越实验和１１０％～１３０％的高电压穿越实验。电力系统中高电压故障并不常见，因此高电压穿越技术不成熟，该平台可以更好地研究高电压穿越特性。风电机组的工作电源为交流电，其电压波形为正弦波，所以电压穿越的相位角范围为０°～３６０°
2风力发电系统故障优化
2.1神经网诊断技术
所谓的人工神经网络，也被人们称之为神经网络，其主要是指由大量处理单元组建形成的网络，其只要只对人类大脑进行模拟后得出的模型，可以将人脑特征进行体现。人工神经网络的探究主要从人脑生理框架方面入手，对人之能行为进行探究，模拟出人脑数据处理形式。其是在神经科学、数学、统计学等多种学科的基础上形成的技术。神经网络技术自身具备的优势在于运用信息对显层以及隐层网络实施培训，并且在没有构建数学模型的基础上，对探究对象展开评估。当神经元数量逐渐增多，网络框架也就相对繁琐，最后培训结果的真实性也就越高。这种特征主要是在没有构建变频器数学模式的基础上，实现对现场信息的分配和诊断。在对变频器故障诊断的过程中，可以借助此网络模型中含有的显层以及隐层来实现数据分析，明确种类。把神经网络技术运用到变频器中，可以将变频器运行情况在神经网技术中全面体现，采用神经网实现数据收集，让变频器故障种类诊断结果赋有精准性和真实性。
2.2国内对风力发电系统雷击过电压技术的研究
国内对风力发电系统的雷击研究目前集中于风电机组的防雷与接地。如某风电场１３２台风机的雷害问题，调查了近１５年发生的５３起雷击事故的调查。在１９９９年～２００４年期间，地闪强度大于５０ｋＡ的雷电共有１６３次，超过１００ｋＡ的雷电闪击共有３１次，其中最强烈的一次闪击发生在２００２年８月２０日１４时２２分，在东经１１６．４２°，北纬２３．５３°处，雷电强度高达２７５．４ｋＡ，共有４次回击，陡值为７．２ｋＡ／μｓ，闪电能量为３８４．３ＭＪ，此次雷击共击坏４台风机风叶、３５Ａ保险器１２个、ＭＴＡ—２过电压保护器３个、补偿电容器、接触器２个、双向可控硅３个、触发板１块和ＴＡＣ计算机２台，经济损失惨重。１９９５年８月。浙江苍南风电场ｌ台ＦＤｌ６型５５ｋＷ风机遭受雷击，从叶尖到叶根开裂损坏报废。２００８年５月，沈阳康平富饶山风电场１１号风机遭雷击，造成１片风叶完全损坏，另外２片也出现断裂。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆国内专家近几年对风力发电系统雷击过电压分析及治理方面也做出了一些研究成果。对风力发电系统的雷电防护及电磁兼容进行了分析，结合ＩＥＣ的技术标准，提出了风力发电系统各部分的防雷技术要素。系统地讨论了风电机组的桨叶、传动装置、发变电设备和控制系统在直接雷、雷电侵入波、雷电电磁脉冲的作用下的防雷与接地问题，对我国风力发电机组防雷保护及本课题具有一定的借鉴意义。讨论了雷击引起风电场的地电位升高问题，认为风电机组任何一台遭受雷击时，所有风机的地电位都将升高，其升高程度与机组接地电阻以及电缆屏蔽层参数有关。风电机组的雷击损害机理，风电机组的雷击频率和雷击位置以及风电机组的叶片、轴承、机舱和电气部件的防雷与接地。
2.3改进硬件结构
方案１：在电网电压骤升时，也会伴随着直流侧电压的骤升，因此也需要在变流器直流侧增加Ｃｈｏｐｐｅｒ电路，以抑制电网电压骤升可能导致的网侧变流器能量逆向流动而引起的变流器直流侧电压上升；方案２：转子侧变流器串联电阻以抑制转子过流的方案，从而避免了机侧变流器在电网故障时因撬棒电阻的投入而失去对发电机的控制，并能够在故障期间持续对电网提供无功支持，减少转矩的脉动；方案３：电网电压骤升时采用静止同步补偿器（ＳＴＡＴＣＯＭ）和动态电压恢复器的方案。在电网电压骤升的情况下，必须要确保风电机组自身具有较好的高压穿越能力，同时也需要配合其他手段，更好地实现高压穿越能力，例如硬件电路解决方案中的方案一与方案三结合，在风电机组处利用直流侧Ｃｈｏｐｐｅｒ电路对机组进行保护，在并网点处加装静止同步补偿器来调整并网点电压，从而达到较好的高压穿越效果
3实验操作
永磁式风电机组实验平台并网发电时电网电压发生故障可以调节的参数包括：电压跌落或升高的持续时间；电压跌落或升高的初始相位角范围为０°～３６０°；电压跌落或升高恢复到正常电压时的时间。利用本实验平台模拟电网电压跌落，要求风电机组的端电压跌落至额定电压的９０％，且单相跌落，６２５ｍｓ后恢复到额定电压输出，检测电压跌落期间风电机组的运行情况。实验操作如下：（１）该实验平台的仪器上电以后将电压故障发生器操作面板上电源输出旋钮拨到跌落档位。（２）其次在触摸屏上设置电压跌落保持时间为６２５ｍｓ。（３）电压跌落相位角在０°～３６０°范围内任意设置。（４）电压跌落的启动由操作面板上启动按钮控制，按下启动按钮，电压开始跌落，电压从正常电压的１００％开始跌落到９０％，电压在９０％的跌落档位持续时间６２５ｍｓ结束后电压开始爬升，最后保持额定电压输出。电压故障发生器与永磁发电机的定子侧相连，永磁发电机的定子侧电压跌落即实现了风电机组电压跌落，此时检测风电机组是否不间断并网发电和并网发电情况下的变化。（５）实验完毕后，按操作面板上的停止按钮。通过电压跌落的实验，测试电网电压跌落情况下永磁式风力发电机组的运行情况，即风力发电机组的低电压穿越能力。永磁式风电机组的发电机定子和转子通过变流器与电网相连，了解电网电压骤降对永磁式风电机组的发电机定子和转子的影响，这对研究风电机组的控制技术也有重要的意义。设计的电压故障发生器也可以模拟其他风电机组的电压故障，如双馈式风电机组。
结语
为保证电压故障发生器具有较高的精确性，采用阻抗分压法检测电压穿越波形，以防止因电压故障发生器的损坏对实验产生影响。
参考文献:
［１］赵洪，曾嵘，年珩，等．用于低电压穿越测试的电压跌落发生器研究［Ｊ］．电力电子技术，２０１１，４５（１）：２７－２９．
［２］刘忠义，刘崇茹，李庚银．提高直驱永磁风机低电压穿越能力的功率协调控制方法［Ｊ］．电力系统自动化，２０１５，３９（３）：２３－２９．
论文作者:高敏
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/10
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