【摘 要】针对直驱永磁同步风力发电机组的低电压穿越，要对其进行有效控制，提升其运行的水平，避免出现各种问题，才能够提升发电机组的运行质量。本文重点论述了直驱永磁同步风力发电机组的低电压穿越的方法，并研究了对其进行控制的对策，提出了一些比较可行的措施和策略，希望可以为今后的直驱永磁同步风力发电机组运行提供参考。
【关键词】直驱永磁;风力发电机组;低电压;穿越控制
1 前言
在使用低电压穿越的过程中，应该要积极做好相关的控制工作，促使直驱永磁同步风力发电机组运行更加的顺利，提高直驱永磁同步风力发电机组运行的质量，节约运行的能耗，提高运行的水平。
2 低电压穿越概述
低电压穿越能力（Lowvoltageridethroughcapability）,简称LVRT。就是指风力发电机组的三相电压降低到一定值的情况下,不脱离电网而继续稳定运行,甚至还可以为电网系统提供一定容性无功,以帮助系统恢复电压的能力。
风电场线路电压等级一般是10kV,升压站把电压从10kV升到230kV或更高的电压,然后与电网相连。230kV或更高的电压等级线路的故障,在6个周波(120ms)后被切除,电压恢复到正常水平的15%需要100ms,恢复到正常水平的75%或者更高水平则需要1s。LVRT功能是要风电机组在故障电压短时间消失期间,保持持续运行的能力,如此后电压仍处在低压,风电机组可以脱网。
低电压穿越能力是电网对风电机组的要求,具有低电压穿越能力可保证风电机组在电网故障电压降低的情况下,可躲过保护动作时间,尽最大可能与电网连接,保持并网发电,故障切除后恢复正常运行,减少电网波动,同时减少风机因脱网对电网的冲击。
低电压穿越具体指标:当电网电压降至额定的90%时,要求风机能够维持2000±20ms不脱网,当电网电压降至额定的75%时,要求风机能够维持1705±20ms不脱网,当电网电压降至额定的50%时,要求风机能够维持1214±20ms不脱网,当电网电压降至额定的35%时,要求风机能够维持920±20ms不脱网,当电网电压降至额定的20%时,要求风机能够维持625±20ms不脱网。
3 直驱永磁同步风力发电机组低电压穿越控制策略
电网电压发生跌落时，网侧变流器为了维持直流电压不变会增大输出电流，但变流器热容量有限，网侧电流被限制在额定电流以下，系统传输有功功率的能力下降。但发电机发出的有功功率保持不变，直流侧电容上的输入和输出有功会出现不平衡，导致电容电压上升。若减少发电机发出的有功功率，直流电容上的不平衡功率转由发电机承担，发电机通过提高转速暂时储存这部分多余的功率。针对以上结论，将减少发电机出力、卸荷电阻和桨距角控制协调使用，进一步提高系统的低电压穿越能力。
图1为本文提出的低电压穿越协调控制策略流程图。图中：w0为发电机的额定转速；wmax为发电机的安全转速；Udcmax为直流电容电压上限；Pt为卸荷电阻的动作阈值。
当电网电压发生跌落时，网侧变流器切换至STATCOM模式，向网侧发出无功功率，帮助电网电压恢复。为防止直流电容过电压，减出力控制器投入运行，减少发电机发出有功功率。由于风力机输入机械功率Pm不能突变，此时发电机的机械转矩大于电磁转矩，发电机转速上升，系统的不平衡功率转化为发电机的动能。如果发电机转速ws在故障期间始终没有超过额定转速w0，系统实现低电压穿越；如果ws＞w0，桨距角控制器投入运行，通过增大桨距角减少风能的捕获去降低发电机转速ws；如果发电机转速持续升高并超过安全转速wmax，即表示发电机已经不能承担多余的不平衡功率，减出力控制器退出，此时电网电压仍未恢复，系统输送有功功率的能力仍受故障限制，不平衡功率再次累积至直流电容，导致直流侧电容电压Udc上升。若不平衡有功功率ΔP大于卸荷电阻动作的阈值Pt，或者Udc大于直流电容电压上限Udcmax，卸荷电阻投入，将多余的功率通过卸荷电阻消耗掉，当ΔP＜Pt且Udc＜Udcmax，卸荷电阻退出。
4 直驱永磁同步风力发电机组低电压穿越主动式保护设计
在风力发电的研究中，对于故电网障保护的分析是重点研究课题。主动式Crowbar过电保护器是风电电网故障保护中应用较多的保护原理，Crowbar主要采用电阻绕接转子组旁路变流器来实现电流单向通道的一种保护模式，目前在国内风电机组线路保护中通常采用Crowbar电网保护模式。
主动Crowbar电网保护模式在电路中采用新型强迫换流的电子组元件GTO、IGCT等对任意电流回路进行切断保护，主动Crowbar电网保护的组成有通用二极管整流桥和旁路电阻共同组成可变值电阻，在风力发电机联网供电的过程中，可以在断线不脱网阶段启动保护作业，以此满足风力发电机组低压穿越技术的关键要求。
在Crowbar的电路设计中，需要对保护电阻取值进行特定功率选取，对电路空间策略进行规定。DFIG在主动Crowbar电网保护线路中的电阻取值受到转子侧变流器最大电力输出功率的最高电压安全取值系数的影响，当风力发电机组进行并网发电时，如果发生电力故障，Crowbar会使限值最小的电阻转子抑制在旁侧短路电流，在转子动力消失时，电流不会对旁侧短路转子造成损坏，变流器定值不会受到影响。Crowbar在电网通过的电阻值过大时，电网中形成直流电阻会加剧变流器的恒定电压压力，可能对变流器造成破坏。因此，对于电阻取值需要根据转子和抑制电流的效果进行综合决定。
结束语
综上所述，直驱永磁同步风力发电机组的低电压穿越是一种极为有效的方法，但是，在穿越的过程中，要考虑到低电压的特点，从而提升直驱永磁同步风力发电机组低电压穿越控制的效果。
参考文献：
[1]洪书娟，陈媛，王瑞鲜.双馈风力发电系统低电压穿越的建模与控制[J].变频器世界，2012（10）：51-54.
论文作者:林冬冬
论文发表刊物:《低碳地产》2016年9月第17期
论文发表时间:2016/11/11
标签：电网论文; 电压论文; 永磁论文; 发电机论文; 低电压论文; 电阻论文; 变流器论文; 《低碳地产》2016年9月第17期论文;