基于风力发电系统低电压穿越技术

 基于风力发电系统低电压穿越技术

李朝龙

黑龙江中宇方正风力发电有限公司    150822

摘要：尽管我国的工业化进程正在迅速发展，但与此同时，能源的问题也变得越来越尖锐。因此为了缓解能源危机以及保护环境等一系列问题，必须大力发展新能源产业，其中可再生能源就是一种非常重要的新能源形式。观察全球各个国家，可以看到非可再生能源普遍面临贫瘠和缺乏的问题，而推动可再生能源的发展，例如风能发电，已经逐渐成为了主导趋势。由于风力资源分布不均匀性，导致了风能利用效率不高，因此需要对其进行有效利用。对于我国，近几年风力发电系统在装机容量和技术应用方面都展现出了巨大的丰富性。

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

引言

在风力发电系统中，低电压穿越技术经常被用于风机接头的位置，这是因为该位置容易产生电压压降。尽管如此，在风机与电网仍然保持连接的情况下，当需要向电网提供一定量的电量以支持电网恢复时，可能会出现电压骤降，这会引发风力发电系统的暂态反应。当电网遭受较大冲击时，由于风电机组自身特性以及外部环境因素等影响，使得电网无法满足供电需求。在这种情况下，如果出现过大的电流或电压上升，风能发电系统可能会失去其运行的平衡，从而引发电网的故障。

一、低电压穿越技术的功能作用表现

（一）定速异步机穿越技术的功能作用表现

在使用定速异步机的穿越技术时，需要深入了解它的两个主要功能表现，其中一个显著特点是定速异步机在跌落暂态时的卓越性能。由于定速比异步小很多，所以当线路故障时，它能提供更高的速度来完成对故障点位置和范围的确定工作。由于定速异步机的定子部分与电网是相互连接的，因此当电压下降时，风力发电机的定子电压也会随之降低。在这种情况下，转子的转差会增大，而电势也会根据转子转差的大小做出相应的调整。另外一种现象则是由于定速比减小时产生了一个额外负序分量。当转子的转差增大时，电势也会随之上升，从而导致转子电流效应的进一步增强。

（二）同步直驱式风力发电机的功能作用表现

更具体地说，主要采用电网电压下降的效应来研究电网侧变流器母线的过电压情况。通过对风电变桨距控制技术和风电场接入容量以及风速变化等因素进行研究分析，得出了风电并网运行时可能发生电压跌落现象的原因。在此过程中，需要采纳低电压穿越的技术手段，以在调节风力发电机的输入功率时，有效地管理电压下降的情况，确保变桨风能的吸收能力得到控制，并对发电机定子的输出功率进行深入的评估，确保系统功率始终保持在一个稳定的平衡中。同时还可以通过调节交流滤波器参数，实现对风电容量的合理分配和调度。在风力较小的情况下，发电机的输入功率可能会有所增加。但当电压下降时，需要调整风机的桨叶设计，适度减少风能的吸收，并调节发电机定子的输出功率，以确保整个系统的功率保持在一个平衡的水平。另外还要通过检测交流侧过流以及过压故障等方式来保证发电机能够正常工作。上面提到的技术手段在实际操作中具有一定的复杂性，但通过在直流侧加入crowbar以增强电路的安全防护，其效果是十分显著的。

（三）双馈异步式风力发电机的功能作用表现

为了确保双馈异步式风力发电机能够正常发电，其技术应用目标具有丰富的内涵。主要目标包括三个操作步骤：首先，在电网出现故障的情况下，要确保电网和电压不会出现故障；其次，齿轮箱应被视为关键的部件机组，在电网出现问题时，应对齿轮箱的损坏进行深入分析，以最大程度地减少齿轮箱损坏的风险；第三，需要提高双馈异步式风电机组的安全性能，确保双馈异步式风能发电机组能够正常工作，从而达到预期效果。有必要持续扩大双馈异步式风力发电机的发电能力。这主要涉及对风力发电系统中电能供应不足的问题进行深入分析，以了解电能分布的不均衡性，因为这种不均衡可能会导致电网整体运行不稳定，从而引发各种故障。由于风力发电机本身具有较高的故障率和维修难度，所以无法确保双馈异步式风电机组能够正常工作。

二、风力发电系统低电压穿越技术的实践应用方案

（一）采用定速异步发电机满足低电压穿越技术实践应用

当系统电压下降时，定速异步发电机能够起到关键作用，它可以提高电磁转速并减少电磁转动的距离。由于定速比异步机运行时更加容易发生失步现象，因此在对其控制系统设计方面需要采取一些措施，使其具有较强的稳定性和较高的安全性。鉴于定速异步发电机的内部结构比较简洁，因此在执行变桨控制时，考虑使用低电压穿越的方法是必要的。在此背景下，还需认识到定速异步发电机的内部结构相对简洁，因此推荐使用低电压穿越技术中的变桨控制方法。这种技术可以迅速识别系统的故障，并通过变桨操作来减少电磁转矩，确保变桨的转速保持在一个相对稳定的范围内。由于定速异步发电机自身结构较为复杂，因此需要对其进行建模与仿真。在此背景下，需要研究定速异步发电机中风机桨叶产生的较大惯性。

（二）采用变流器控制低电压穿越技术实践应用

在电网稳定运行的情况下，有必要采用变流器来控制低电压穿越技术的实际应用，并对系统的最佳工作性能进行分析。在实际进行低功率接入时，为了能够保证风电场输出电能质量，应当针对风电机组自身特性开展相关研究活动。在电网出现故障的情况下，有必要对风电系统的安全性进行深入分析，探究其在暂态区域内的变化模式，并向电网注入无功电能，这样做的主要目的是为了增强风电系统在低电压条件下的穿越能力。为了能够更好地进行低冲击保护和过电流检测，就必须要采取适当方式来提高低电压穿越能力，实现有效防护作用。在此过程中，还需深入思考过压过流对设备可能带来的伤害，主要涉及两个关键领域:

首先，有必要适度扩大器件的容量，同时也要提升器件的耐压性能；此外还应该考虑到变流器自身结构特点以及运行特性等方面因素。其次，需要对现有的控制策略进行优化，这主要包括扩大变流器的总体容量和提升其耐压性能，同时分析串联和并联功率器件的具体应用场景，并考虑引入矩阵变换器或多电平变流技术。第三，需要加强对风力发电机运行状态以及风速变化等因素研究。在利用大功率变流器对风电系统进行分析的过程中，还需对系统内的低电压穿越能力进行深入的评估和分析。同时，对于电网电压下降时可能出现的各种问题，也需要进行细致的分析，确保在稳态控制的基础上实施变流器控制策略，以不断增强系统的暂态适应能力，并构建低电压穿越技术的应用体系。可以通过并网运行或离网运行两种模式实现接入电力系统，根据实际情况选择相应的控制策略，从而有效降低电能损耗以及谐波污染等方面的影响。

结束语

目前，无论是国内还是国外，可再生能源的使用效率都得到了提升，特别是风力发电在总供电量中的占比逐渐上升，再加上风力穿透率的持续增长，因此风力发电的技术体系正在逐步形成。为我国风力发电行业提供了全新的技术支持，因此，该技术的未来发展前景是值得期待的，可以考虑在风力发电系统中大规模应用低电压穿越技术。

参考文献

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