变速风电机组低电压穿越能力研究

【摘 要】随着风电机组进入电网应用，对电网带来了相应的安全隐患，为了能够避免风电机组对电网造成停电事故，对变速风电机组低电压穿越能力的研究也就十分的重要，能够有效地保证风电机组低电压穿越能力是风电机组接入电网的前提条件，同时保证电网系统能够正常的运行。本文针对变速风电机组低电压穿越能力进行研究，分析如何选择组低电压穿越测试的相关数据，同时提出加强风电机组低电压穿越能力的相关建议。

【关键词】风电机组；低电压穿越能力；测试

随着社会不断的发展，变速风电机组在电网中不断的投入使用，给社会带来了相应的经济效益，在使用过程中由于风电机组没有具备良好的低电穿越能力，导致大面积的脱网事故经常发生，引起国家有关部门的重视。为此国家也就颁布了相应的法律规定，对风电机组低电压穿越能力进行测试，对于一些不合格的进行改造，确保风电机组接入电网能够安全有效的与进行。

一、风电机组低电压穿越能力的原理

风电机组低电压穿越的概念是：当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在一定电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行。

风电机组要符合低电压穿越能力的要求，电压跌落必须要进行阻抗分压的形式出现，运用串联阻抗可以减少电路对电网的冲击力度，对风机没有明显的影响，电压跌落前后串联阻抗可连接其中一个旁路开关，依靠并联阻抗连接短路开关产生电压跌落。低压侧低电压穿越测试设备和中压侧低电压穿越测试设备，这两种设备的基本原理是相同的，都具有等效的并网点电压跌落效果，得到国家的认可。对风电机组低电压穿越能力的影响因素有很多，比如变频器、主控系统和变桨系统等，只要任何一项出现问题，都会对风电机组低电压穿越能力产生影响，造成潜在的脱网事故隐患。因此，对风电机组进行低电压穿越能力检测非常重要。

二、变速风电机组低电压穿越能力研究

（一）低电压穿越的技术规定

1） 风电场内的风电机组具有并网电压跌至20%额定电压时能够保证不脱网连续运行625ms的能力。

2）风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场内的风电机组可以连续运行；对于电网发生不同类型故障的情况，对风电场低电压穿越的要求如下：

3）当电网发生三相短路故障引起并网点电压跌落时，风电场并网点线电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，场内风电机组必须保证不脱网连续运行；风电场并网点任意一线电压低于或部分低于图中电压轮廓线时，场内风电机组允许从电网切出；

4）当电网发生两相短路故障引起并网点电压跌落时，风电场并网点各线电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，场内风电机组必须保证不脱网连续运行；风电场并网点任意一线电压低于或部分低于图中电压轮廓线时，场内风电机组允许从电网切出；

5） 当电网发生单相接地短路故障引起并网点电压跌落时，风电场并网点各相电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，场内风电机组必须保证不脱网连续运行；风电场并网点任意一线电压低于或部分低于图中电压轮廓线时，场内风电机组允许从电网切出；

对电力系统故障期间没有切出的风电场，风电机组有功功率在故障清除后快速恢复，在具备风能资源条件下自故障清除时刻起，以至少10%额定功率/秒的功率变化率恢复至故障前的水平。

（二）双馈异步风电机组的低电压穿越

双馈异步风电机的变速风电机组，在电网发生事故引起电压跌落，造成发电机定子电流增加，转子和定子之间的强耦合，快速的增加了定子电流，导致转子电流急剧上升。加上风力机调节器速度比较慢，在事故前期风力机对风力不会明显的减少，但是由于电机组电压降低，不能正常向电网传送电能，也就导致部分能量不能输入电网，这些能量只能由系统内部消化，导致电容充电、直流电压急速上升、电机转子加速和电磁转矩突变等问题。这些问题的研究主要可以分为两个方向，第一就是改进控制策略；第二就是增加硬件辅助电路。这两种方法在对系统故障进行处理的时候，对于电压跌落幅度比较大，单靠控制策略很难实现低电压穿越，在这同时我们还要增加硬件辅助电路，对事故进行处理，达到风电机组低电压穿越能力的提高。

（三）低电压穿越对风电机组设备的要求

风电机组的低电压穿越对风电机组各设备有特殊的要求。这些设备包括风电机组主控系统、变流器、变桨系统、发电机、齿轮箱和联轴器。

电气控制系统，需要在低电压穿越期间保持风机不脱网，并能够最大限度的发出无功功率，对电网实现支撑。变流器能够承受低电压跌落时在转子上产生的大电流，同时能够释放部分能量。变桨系统保持正常运行，以风机的正常并网运行以及迅速的有功恢复。

机械系统，在低电压跌落时，发电机转子上产生很大的转子电流，恢复时会造成转矩的脉动，这会对整个传动链的机械应力、载荷等造成较为严重的影响。这样在发电机、齿轮箱和联轴器的设计时已考虑到这种实际情况。

三、加强风电机组低电压穿越能力相关建议

随着风电机组的性能越来越高，问题也就越来越多，尤其是风电机组部件和参数设定中存在的问题，对于这些问题也就要对风电机组的软件和硬件进行升级。在进行风电机组低电压穿越能力测试中，测试人员不能只考虑到参数问题，也要对风电机组运行产生影响的因素都要进行分析，共同做好风电机低电压穿越能力测试。发电企业应在低电压测试之后对风电机组调整前后信息做详细记录，并将调整情况反映到调度部门，由部门决定是否需要进行重新对低电压穿越能力进行测试，调度部门还应该做好测试备案工作，对风电机组相关配置和参数进行记录，并制定核查计划书。

四、结束语

做好风电机组低电压穿越测试工作对预防风电脱网具有重要意义，因此要熟练掌握低电压穿越能力的原理，更要选择好低电压穿越测试相关参数，以确保电压跌落期间不脱网运行，达到电网安全稳定运行的要求。

参考文献：

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[2]赵清松.风力发电机低电压穿越测试变流器中电流特性分析[J].东北电力技术，2013（01）

[3]魏林君.变速风电机组低电压穿越能力研究[J].电力系统自动化，2010（02）