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[摘 要] 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是一種清潔無污染的可再生能源技術(shù)，目前發(fā)展蓬勃。隨著技術(shù)不斷的成熟，單機(jī)容量不斷增大，風(fēng)電在電網(wǎng)中占的比 重也持續(xù)升高，大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)和地區(qū)電網(wǎng)之間的相互影響愈發(fā)。雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有變流器效率高、容量小、并網(wǎng)功率靈活的優(yōu)點(diǎn)， 成為目前風(fēng)力發(fā)電方向的重要研究方向。本文對(duì)雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行研究，重點(diǎn)研究了雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低電壓穿越問題。

環(huán)境惡化和能源短缺是當(dāng)今人類生存和發(fā)展所要解決的緊迫問題。 隨著全球工業(yè)化的快速發(fā)展，煤、天然氣、石油等常規(guī)能源的快速消 耗，同時(shí)造成了大量的環(huán)境污染;而局勢(shì)也不穩(wěn)定，能源格局存在 不確定的風(fēng)險(xiǎn)。因此，中國要從改變能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)環(huán)境以及國家戰(zhàn)略 安全角度考慮，要尋求發(fā)展可替代能源，探索一條可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn) 略之路。于是，在新能源發(fā)電中技術(shù)成熟、具商業(yè)化前景的和規(guī)模 開發(fā)條件的風(fēng)力發(fā)電開始大力的發(fā)展。

1 風(fēng)力發(fā)電概述

在我國風(fēng)力發(fā)電的初期階段，采用的風(fēng)電機(jī)組都是用鼠籠式感應(yīng) 電機(jī)作為發(fā)電機(jī)，因?yàn)槠滢D(zhuǎn)速變化范圍較小，通常稱為固定轉(zhuǎn)速機(jī)組。 上個(gè)世紀(jì) 70 年代，國外例如丹麥等國就開始研制變速風(fēng)電機(jī)組，通過 幾十年的發(fā)展，在變速風(fēng)電機(jī)組的研究、制造與應(yīng)用方面都取得了較多 成果，并逐漸的取代定速機(jī)組，成為世界風(fēng)電市場(chǎng)中應(yīng)用廣泛的機(jī)型。 當(dāng)今，應(yīng)用的變速風(fēng)電機(jī)組是直驅(qū)永磁同步風(fēng)電機(jī)組和雙饋?zhàn)兯亠L(fēng) 電機(jī)組。

2 低電壓穿越概念

當(dāng)代，風(fēng)力發(fā)電己經(jīng)在已經(jīng)成為了一種應(yīng)用廣泛的新能源發(fā)電方 式，近年來風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量快速的增加，在電網(wǎng)發(fā)生故障的情況時(shí)大 多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)都會(huì)脫網(wǎng)保護(hù)，不會(huì)像常規(guī)發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)發(fā)生故障的時(shí) 候能向電網(wǎng)提供頻率和電壓的保障，雖然會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影 響。但是電力系統(tǒng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的運(yùn)行提出了很多的規(guī)范和要求，主要 包括：無功功率和電網(wǎng)電壓控制、電網(wǎng)頻率控制、低電壓穿越控制控制 等，筆者對(duì)其中的 LVRT方面進(jìn)行研究。

各國對(duì)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越技術(shù)都有各自的要求，首先美國要求 國內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)在發(fā)生電壓暫降故障時(shí)必須具有深度暫降到 15%額定 電壓狀態(tài)下仍能堅(jiān)持并網(wǎng)運(yùn)行 625ms 不切機(jī)的低電壓穿越能力。同 時(shí)，國內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)在電壓暫降故障發(fā)生 3s 后，如果電壓回復(fù)到額定 值的 90%時(shí)，這段時(shí)間內(nèi)發(fā)電場(chǎng)必須能夠持續(xù)并網(wǎng)運(yùn)行。

丹麥風(fēng)電并網(wǎng)導(dǎo)則要求風(fēng)電場(chǎng)具有低電壓穿越能力的同時(shí)還要具 有雙重電壓降落特性。其中要求當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)生兩相短路 100ms 以后間 隔 300ms 如果再發(fā)生一次 100ms 的兩相短路，要保證風(fēng)機(jī)并網(wǎng)不切 機(jī);當(dāng)出現(xiàn) 100ms 的單相短路且經(jīng)過 1s 后如果再次出現(xiàn) 100ms 的單 相短路時(shí)，要求風(fēng)機(jī)同樣持續(xù)并網(wǎng)不切機(jī)。

德國在低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn)中指出當(dāng)發(fā)生電壓暫降等故障時(shí)，風(fēng)電機(jī) 組必須具有電壓支撐的能力。當(dāng)電網(wǎng)電壓暫降，導(dǎo)致機(jī)端電壓下降幅度 超過額定電壓均方根值 10%時(shí)，機(jī)組必須能夠進(jìn)行電壓支撐。調(diào)節(jié)裝 置必須在故障發(fā)生后的 20ms 內(nèi)即可投入，通過補(bǔ)償無功功率抬高機(jī)端 電壓。并且要求電壓降落每增加 1 個(gè)百分點(diǎn)，無功電流補(bǔ)償大小必須同 時(shí)增加兩個(gè)百分點(diǎn)。

綜上所述，風(fēng)電場(chǎng)低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如下：1 風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng) ) 電機(jī)組必須具備并網(wǎng)點(diǎn)電壓降落到 20%時(shí)仍能堅(jiān)持并網(wǎng)運(yùn)行 625ms 不 切機(jī)的低電壓穿越能力;2 風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的全部風(fēng)電機(jī)組在出現(xiàn)并網(wǎng)電壓 ) 暫降故障 3s 后，當(dāng)電壓恢復(fù)到額定電壓值的 90%左右時(shí)，這時(shí)風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組會(huì)保持并網(wǎng)運(yùn)行不會(huì)切機(jī)。目前已經(jīng)投入使用的風(fēng)電機(jī)組，必須 盡快展開機(jī)組改造工作，爭(zhēng)取盡早具備低電壓穿越能力。

3 雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低電壓穿越現(xiàn)狀

目前常見的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，按發(fā)電機(jī)類型的不同分為鼠籠式感應(yīng) 發(fā)電機(jī)、電氣勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)和永磁式同步發(fā)電機(jī)以及雙饋式感應(yīng)發(fā)電 機(jī);從風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)元件進(jìn)行分類又可以分成直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電 系統(tǒng)和齒輪箱驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。風(fēng)機(jī)按轉(zhuǎn)速可以分為變速風(fēng)力發(fā)電系 統(tǒng)和速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)兩類。在變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，可以按風(fēng)機(jī)速度調(diào) 節(jié)角度上分類包括失速調(diào)節(jié)型和槳矩調(diào)節(jié)型;通過采用的電力變換器的 容量的不同，可分為部分功率變換型變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和全功率變換型 變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的雙饋感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與繞線式異步電機(jī)很相似。這 種發(fā)電機(jī)的定子繞組與電網(wǎng)直接相連接，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組通過變流器 與電網(wǎng)相聯(lián)。當(dāng)風(fēng)速較低的時(shí)候，風(fēng)機(jī)必須運(yùn)行在低在同步轉(zhuǎn)速的運(yùn)行 狀態(tài)的時(shí)候，這時(shí)才能達(dá)到比較高的狀態(tài)，充分發(fā)揮電機(jī)的效率。比較 創(chuàng)新的方法是維持電磁轉(zhuǎn)矩的與發(fā)電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩的平衡，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組從 電網(wǎng)中采集部分的功率然后經(jīng)由定子繞組送回電網(wǎng)，當(dāng)風(fēng)速處于高風(fēng)速 的時(shí)候，這時(shí)風(fēng)機(jī)需要在高于同步速的時(shí)候才能運(yùn)行到比較高的效率， 而在這種情況下有相當(dāng)部分的功率將通過轉(zhuǎn)子繞組直接連入電網(wǎng)。因?yàn)?轉(zhuǎn)子與定子的兩側(cè)都可以向電網(wǎng)饋送能量，這樣的風(fēng)機(jī)常常稱為雙饋電 機(jī)。

國內(nèi)目前普遍使用的雙饋風(fēng)電機(jī)組的低壓穿越技術(shù)的原理如下， 當(dāng)外部系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，雙饋電機(jī)定子電流增加以后，這時(shí)定子電 壓和磁通突降，在轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)出較大的電流。轉(zhuǎn)子側(cè)的變流器通常串連 在轉(zhuǎn)子回路上，要保護(hù)變流器在運(yùn)行時(shí)不受損失，雙饋風(fēng)電機(jī)組在轉(zhuǎn)子 側(cè)通常都裝有轉(zhuǎn)子短路器。當(dāng)轉(zhuǎn)子側(cè)電流超過定值一定時(shí)間后，這時(shí)轉(zhuǎn) 子短路器就被激活，轉(zhuǎn)子側(cè)的變流器就會(huì)退出運(yùn)行，而電網(wǎng)側(cè)變流器和 定子側(cè)仍與電網(wǎng)相連。一般轉(zhuǎn)子各相都串連一個(gè)電阻器和一個(gè)可關(guān)斷晶 閘管，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器也與其并聯(lián)。電阻器阻抗值比較小，以防止轉(zhuǎn)子側(cè) 變流器過電壓，具體數(shù)值需要根據(jù)具體使用而確定。當(dāng)外部系統(tǒng)故障清 除后，轉(zhuǎn)子短路器晶閘管就會(huì)關(guān)斷，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器重新投入運(yùn)行。雙饋 感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了在電網(wǎng)故障引起發(fā)電機(jī)變壓器系統(tǒng)側(cè)電壓低下 降 30%額定電壓時(shí)的 DFIG系統(tǒng)低電壓過渡運(yùn)行控制，具有良好的應(yīng) 用前景。

4 總結(jié)和展望

隨著世界各國在政策上對(duì)可再生能源發(fā)電的重視和對(duì)風(fēng)力發(fā)電技 術(shù)的快速發(fā)展的大力研究，風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展期，而低電壓 穿越技術(shù)作為風(fēng)電機(jī)組發(fā)電并網(wǎng)中一個(gè)非常重要的電能質(zhì)量指標(biāo)，越來 越受到有關(guān)單位的重視。而目前常用的雙饋式感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在解決低 電壓穿越問題上還不夠理想。對(duì)于電網(wǎng)側(cè)深度電壓暫降故障，雙饋風(fēng)機(jī) 只能解決大概 30%左右，離國網(wǎng)要求的 80%深度電壓暫降的低電壓穿 越標(biāo)準(zhǔn)還有很遠(yuǎn)的距離。以后如何解決雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)在深度電壓暫 降情況下的低電壓穿越將成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。