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摘要：近年来，风能在电力供应中所占的比重迅速增加。在电网故障导致电压下降落后的情况下，风电机组如有解决方案会带来系统暂态不稳定，可能导致局部乃至系统瘫痪，人们开始密切关注风机互连，并提出相应的低电压跨接(LVRT)要求。摘要分析了电网电压降暂态特性中的恒速、同步、扇风机和双馈风机三种主要模式，并对国内外主要的LVRT方案进行了综述。分析了双馈风机难以交叉的LVRT方案。
关键词：风力发电；电压跌落；低电压穿越；
1前言
当今世界风电市场发展迅速，风电装机容量逐年增加，尤其是欧美发达国家发电已经占了一个非常高的比例的电网,例如在丹麦,它占20%以上。因此,有必要考虑风机的各种运行状态的影响稳定的电网,当电网发生故障。为此，各国电网公司根据自身实际对风电场/风电机组并网提出了严格的技术要求。它包括低电压交叉能力，无功功率控制能力，有功功率变化率控制和频率控制。LVRT被认为是风力机设计和制造控制技术的最大挑战，直接关系到风力机的大规模应用。低压通过LVRT，是指风机和节点电压的下降，风机可以保持互连，提供一定的无功功率，甚至对电网支持系统进行恢复，直至网络恢复正常，并“通过”低压时间(区域)。
电压下降会给电机带来过电压、过电压、过电压或转速上升等一系列瞬态过程，严重影响风机及其控制系统的安全运行。通常情况下，如果风机是实施被动电网故障保护自身和即时解决方案时，不考虑问题的持续时间和严重程度，这就可以保护风机的安全，在风电场渗透率(即风电场渗透率)中达到最大值。风电占电网的比例较低是可以接受的。然而,当大部分风电在电网,如果风电电压降时仍然被动保护类型列,整个系统的恢复会增加难度,甚至可能加剧失败,最终导致所有其他单位的系统解决方案,所以我们必须采取有效措施LVRT,为了保持风电网的稳定性。
2国内外低电压运行技术发展现状
低压跨接，是指风力涡轮机在电网电压下降时能够保持并联运行的能力，并在一定情况下对电网无功功率支持电网电压。在实际应用中，系统电压凹陷是很常见的，因此研究该故障模式下的风力发电机组的特性和恢复能力是非常重要的。国外已经打开在这一领域的技术研究方面，国内风机厂家也越来越重视。但是，需要加强低压交叉能力。
3低电压穿越技术特性研究
3.1电网电压跌落对系统的影响
由于风电系统输出功率是恒定的，当电网电压下降时，变流器的电流会增加，考虑到整个系统的热容和热稳定性，必须是整个系统的限流措施。当电网电压大幅下降时，瞬时输出和输入功率的不平衡引起的直流侧电容电压波动较大,如果没有限制,过电压会导致损害转换器,这段时间可以由变频器控制机侧功率输入过压脉冲宽度调制技术,但同时将减少电磁转矩和定子功率输出。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如此之低电压通过技术的研究不仅包括在整个系统的电网电压降,过电压,过电流抑制技术还应该包括风力发电系统故障应该能够向电网提供一定的无功功率,电网安全故障快速恢复技术研究。
3.2双馈式风力发电系统低电压运行控制策略
分析表明，当电网电压下降时，双馈单元的转子侧会产生过流和直流过电压。因此，双馈风力机控制策略的主要目标是研究如何限制直流过电压和转子侧过电压。本文采用主动方阵在转子一侧增加保护电路，实现绕组的快速短接。其显著特征是使用可以关闭设备,电力电子系统测试的时候触发电路的电压降,风力涡轮机转子端受阻于子和转子侧变换器触发脉冲,双馈发电机可以等同于加入这个时候绕线转子异步电动机串联电阻。
3.3直驱式风力发电系统低电压运行控制策略
直接驱动风力发电系统(PMSG)采用全功率后置脉冲宽度调制变换器(PWM)。它由侧变流器和侧变流器组成。网络侧变换器实现了直流侧电压的稳定和输出功率的有功和无功解耦。侧变流器可以调节直驱发电机的转速，实现有功功率和无功功率的解耦。当一个电压凹陷,由于直接驱动风力发电系统的连续型电流互感器的隔离效果,机器的系统不会受到太大的影响,可以使永磁同步发电机的正常运行,但由于电源采取的限制措施网络方面将导致直流侧电容电压的增加,因此可以抑制通过添加卸载电路直流电压增加；电网侧的PWM变换器不仅要在停电时保持直流侧的电压稳定，还要为电网提供一定的无功功率，以支持电网的恢复。因此本文使用STATCOM的网侧电流互感器运行模型,基于活动的输出功率和无功功率解耦输出电流的大小,实现闭环控制相变,电网无功功率的输出,有利于快速网络电压稳定、低电压操作,实现整个风力发电系统。
4 LVRT的实现方法
4.1 FSIG的LVRT实现
FSIG在电压跌落时的主要问题是电磁转矩衰减引起的速度增加。它的简单结构限制了可以采取的行动的数量。最简单的方法是降低输入机的转矩，在可靠确定故障后限制速度的增加。但风机叶片具有较大的惯性，该方案要求风机在更换螺旋桨时具有良好的性能。可变叶片控制的缺点是不能提供无功功率来支持电网的恢复。鼠笼电机的运行需要吸收电网的无功功率。减少无功功率吸收的一般方法是在最大输出功率下安装电容器组。但这能源风能波动大的场合将系统电压波动,并将电力机械磨损,失败可以出现在公共汽车过电压,因此文献[14]提出的静态无功补偿方案静态无功补偿器SVC安装,需要实时补偿无功功率。结果表明，稳态运行波形得到改善，故障交叉能力得到提高。结果表明，该方案能在适当的额定功率下实现低电压交叉。与静态无功补偿器相比，该方法的补偿电流不依赖于连接点电压，因此补偿电流在电压下降时不会减小。然而，由于成本问题，这个项目很难进行设计。一般来说，DFIG在电压跌落时所面临的问题不是很大，通过换桨等措施可以实现LVRT的实现。
4.2 PMSG的LVRT实现
PMSG在电压跌落过程中存在的主要问题是由于能量不匹配导致直流电压升高。可以采取措施储存或消耗多余的能量来解决能量匹配问题。这种设计的效果需要考虑成本、网格规范、故障深度和时间。从变频器的设计入手，在选择器件时可以降低功率电子器件的电压和过流值，提高直流电容的额定电压。这样，当电压下降时，可以提高dc-link的电压极限，以储存多余的能量，使侧逆变器的电流增加，输出更多的能量。但是考虑到设备的成本，增加设备额定功率是有限度的，在长时间严重故障下，功率不匹配将会非常严重，可能超出设备容量，因此该方法适用于故障的短期电压降。如降低机电磁转矩值，会导致发电机转速上升，使暂时的上升可以储存风机部分的转速输入能量，有效降低发电机的功率输出。如果故障不严重，则不能采用变桨控制。如果电机转速上升太多或使用上升速度存储能量不方便，可直接采用变桨控制。叶轮能从根本上降低风机的输入功率，有利于电压下降时的功率平衡。该策略结合增加设备容量，可以进一步提高遍历裕度。
5结束语
本文介绍了国内外风电的发展情况以及风电系统低压穿越能力的现状。当电网电压下降时，双馈系统采用有源电路保护控制，直驱系统采用STATCOM模式控制。采用PASCAD软件进行建模仿真验证。通过仿真结果,本文采用的控制策略可以显著提高低电压两种变速恒频风力发电机组的通过能力,有效防止风力发电机在电网故障损坏,保证风电系统的安全稳定运行,避免大规模网络事故。
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论文作者:陈鸿飞,吴叙锐
论文发表刊物:《防护工程》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/14
标签：电压论文; 电网论文; 功率论文; 过电压论文; 系统论文; 风机论文; 低电压论文; 《防护工程》2018年第20期论文;