风力发电系统低电压穿越技术要点探讨

风力发电系统低电压穿越技术要点探讨

钟驰宇

  四川盐源华电新能源有限公司  615713  四川凉山

摘要：当前我国工业化发展进程快速，但能源问题也日趋尖锐化。纵观世界各国，非可再生能源都陷入贫瘠匮乏局面，而发展可再生能源已经成为主流，比如说风力发电技术。就我国而言，近年来风力发电系统在装机容量、技术应用内容上都有极大丰富，所以本文中就将主要研究风力发电系统中的低电压穿越技术，提出具体的技术实践应用方案。

关键词：风力发电系统；低电压穿越技术；功能作用；实践应用方案

低电压穿越技术往往被应用于风力发电系统中风机接头位置，因为该位置容易出现电压压降现象，但当时风机依然与电网保持连接状态，在面向电网提供一定电量支持电网复原过程中，电压骤降情况就会发生，它会为风力发电系统带来相应的暂态反应过程。此时如果出过电流、过电压蹿升情况，风力发电系统可能失去运行平衡状态，导致电网故障问题发生。为确保风力发电系统正常稳定运转，需要考虑到电网穿透概率变化问题，了解采用低电压穿越技术，深入分析低电压穿越技术的功能作用表现。

一、低电压穿越技术的功能作用表现

在风力发电系统之中，低电压穿越技术在功能作用表现上突出且丰富，它确保系统电网中电压下降也能建立并网体系，确保系统正常运行。当然，在参考低电压穿越技术应用需求过程中，也需要对不同技术表现类型展开研讨，下文具体来谈：

（一）定速异步机穿越技术的功能作用表现

在采用定速异步机穿越技术过程中，需要了解其两点功能作用表现，首先一点就是定速异步机在跌落暂态方面表现出突出一面。因为定速异步机中定子部分本身与电网相互连接，如果出现电压下降情况，风力发电机的定子电压也会相应下降，此时会出现转子转差增大情况，电势也会根据转子转差大小发生相应变化。如果转子转差较大，电势也会相应增大，最终形成更大的转子电流效应。

另外，定速异步机的穿越技术功能作用实现也是非常明确的，即在电压降低过程中，结合电磁转矩变小过程，定速异步机的穿越转速就会升高。在这里要考虑到风力发电系统整体结构相对简单，因此需要采用到变桨控制技术，同时检测电网故障问题，了解机械转矩变小情况以及转速平稳情况。当然，考虑到风机桨叶一般惯性较大，所以变桨控制对于系统的变桨性能要求较高，届时需要安装静态无功率补偿器，对桨叶变桨功率水平提供相应无功补偿。再者就是要用到静止同步补偿器，主要是为了调整电网电压，改善恒速异步风机穿越技术的应用效能水平[1]。

（二）同步直驱式风力发电机的功能作用表现

相比于定速异步风力发电机，同步直驱式风力发电机在应用低电压穿越技术方面表现有所不同。因为后者不与电网直接连接，而是采用背靠背双PWM变流器来间接连接电网。如果电网的输出功率有所下降，系统中电网电压也会相应下降。在这里要分析低电压穿越技术应用过程中发电机的输出功率是维持在短暂稳定状态中的，其所输出、输入的功率有所不同，直流母线电压水平也会快速攀升。为确保电压维持在相对平稳状态中，同步直驱式风力发电机需要合理运用低电压穿越技术，确保变流器平稳运行。

具体来讲，主要是利用电网电压跌落效应来分析电网侧变流器母线过电压现象状况。在这一过程中就要采用到低电压穿越技术，在调整风力发电机输入功率过程中来控制电压跌落情况，有效控制变桨风能的吸收能力，对发电机定子输出功率进行有效评估，始终保持系统功率处于平衡状态中。如果是在较小风力作用下，发电机的输入功率会有所调整增大，但如果电压跌落，则需要控制风机变桨，适当降低风能吸收能力，调整发电机的定子输出功率，确保系统功率达到平衡状态。上述技术方法在操作上存在较高难度，而在直流侧相应增加crowbar进行电路安全保护则效果明显。它主要基于电网电压跌落情况来吸收大量能量，配合变流器保持直流电压始终处于稳定状态中，如此就能确保风力发电机始终处于安全稳定运行状态中。

（三）双馈异步式风力发电机的功能作用表现

要实现双馈异步式风力发电机正常发电，其技术应用目标内涵丰富，主要希望实现以下3点操作：第一，需要在电网出现问题时保护电网与电压不出现故障问题；第二，需要将齿轮箱作为重要零件机组，在电网发生故障后分析齿轮箱损坏问题，尽量避免出现齿轮箱损坏问题；第三，需要不断扩大双馈异步式风力发电机的发电范围，主要是对风力发电系统中的电能供应缺失问题展开分析，了解用电能源的分布不均匀情况，它可能会导致电网整体运行不够稳定，进而产生故障情况。因此，需要在双馈异步式风力发电机低电压穿越技术应用过程中明确LVRT标准，满足双馈风力发电技术应用要求。

考虑到双馈电风力发电机在风力发电控制方面技术形态相对单一，无法做到故障控制有效化，其中电压解耦平稳运行表现也不够到位。所以需要分析系统中机件组织准确性缺失、故障维修难度偏大这一现实问题。在系统控制能力优化提升过程中尽量减少振荡状况。一旦发生系统故障问题，则需要对定子与电网连接内容进行有针对性分割，满足双馈异步式发电机与电网稳定连接运行要求，有效修复其中各种故障问题，确保系统处于正常工作状态之中

[2]。

二、风力发电系统低电压穿越技术的实践应用方案

要在风力发电系统中采用低电压穿越技术，其实践应用方案要点包含以下2点：

（一）采用定速异步发电机满足低电压穿越技术实践应用

定速异步发电机可以应用于系统电压跌落情况，此时通过它来增加电磁转速，缩短电磁转动距离。考虑到定速异步发电机内部构造相对简单，所以在进行变桨控制过程中需要考虑采用低电压穿越技术。在这里，还需要了解到定速异步发电机本身内部构造相对简单，所以需要采用低电压穿越技术中的变桨控制技术，它能够快速检查出系统故障问题，通过变桨操作来缩短电磁转矩，保证变桨转速达到相对稳定水平。在这里，需要分析定速异步发电机中风机桨叶所产生的惯性较大，所以变桨控制工最好结合风机变桨能力展开操作，确保电网在无功状态下也能满足电网恢复要求，优化技术操作流程[3]。

（二）采用变流器控制低电压穿越技术实践应用

如果电网处于稳定运行状态下，需要采用到变流器控制低电压穿越技术实践应用过程，分析系统最佳工作性能变化。如果出现电网故障情况，则需要分析风电系统安全，了解其暂态区域变化情况，面向电网注入无功，目的在于提升风电系统的低电压穿越能力。在这一过程中，也需要考虑到过压过流本身对设备所造成的损害问题，大体还需要考虑两个方面：

第一，需要适当增大器件容量，同时提高器件的耐压性能；第二，需要对控制策略加以改进，主要是必须增大变流器整体容量，提高耐压性能，分析串联与并联功率器件具体应用情况，引入矩阵变换器或者多电平变流技术。在基于大功率变流器分析风电系统过程中，还需要对系统中的低电压穿越能力进行分析与评估，同时针对电网电压跌落中可能出现的各种问题进行分析，确保在稳态控制基础上采取变流器控制策略，不断提升系统暂态适应能力，建立低电压穿越技术应用体系。而在并网结构中，还需要采用各种不同控制技术方式，结合PMSG系统来分析不同控制技术方法，做好技术分析与应用工作。

总结：

  在当前，国内外对可再生能源的利用效率有所提高，其中风力发电在总体供电量中比例有所攀升，再加之风力穿透率的逐渐增加，所以风力发电系统技术体系逐渐建立起来。诚如本文中所分析的系统低电压穿越技术，它能够围绕风力机组分析系统运行问题，对风力发电技术进行全面升级调整，为我国风力发电行业领域提供全新技术支持，所以其未来发展前景值得期待，可以考虑将低电压穿越技术大量应用于风力发电系统中。

参考文献：

[1] 曹雷年. 双馈风力发电系统低电压穿越关键技术[J]. 通信电源技术,2021,38(1):229-231,234.

[2] 吴军. 论述风力发电低电压穿越技术[J]. 智能城市,2020,6(1):72-73.

[3] 锦浪科技股份有限公司. 一种低电压穿越后有功电流快速恢复控制方法:CN202210032076.7[P]. 2022-04-08.