风力发电低电压穿越技术综述

风力发电低电压穿越技术综述

秦荣云

国家电投集团广西电力有限公司运营服务分公司 广西壮族自治区南宁市 541100

摘要：改革开放以来我国经济快速发展，电力的需求也越来越大，多种发电技术百花绽放，但老旧的燃煤发电环境污染问题依然有待改善，核电的发展受诸多地理因素的限制，随着近期国家提出“碳中和”目标，新能源电力得到了快速的发展，风力发电的占比程度也逐步提升，与此同时也给电网的稳定运行带来很大的挑战。由于目前低电压穿越能力已经成为风力发电的重要技术，如果瞬间发生电压低落，能够很好地防止风力发电机出现脱网情况。本文笔者主要针对风力发电低电压穿越技术进行分析，分析电压跌落对风力发电产生的影响，并提出实现风力发电低电压穿越技术的有效方案。

关键词：风力发电；低电压穿越技术

目前我国在风力发电的过程中，偶尔会出现电压跌落的情况，如果出现这样的问题，就可以通过低电压穿越技术，可以为电网提供无功功率，从而保证电网快速恢复运行。因此，为了更好地保证电网的稳定运行，低电压穿越技术就成为了目前我国保证电网稳定运行重点工作。同时，我国针对当前电网的发展趋势出台多项新的要求和规范，这就需要低电压穿越技术也要不断的更新，从而满足电网发展的需求。

1. 风力发电机种类分析

1.1定速异步发电机

在风力发电机中定速异步发电机就是将电网与发电机定子直接链接，当出现电压跌落情况时，发电机定子电压就会出现异常下降情况，同时也会造成发电机定子的磁链出现直流现象，如果定子磁链出现故障就会导致发电机出现励磁分量。这时候的发电机处在高速运转下就会产生转速差，转速差越大转子电流也会越大，造成转子电流异常增加。

1.2双馈异步发电机

由于异步发电机和双馈异步发电机的链接原理基本相同，都是需要与电网进行连接，因此双馈异步电动机也会产生电压跌落问题，但是，与定速异步发电机不同的是，双馈异步电动机的转子侧方是需要连接变流器的，当转子运行时就会产生暂态电流，这种电流对发电机的影响很大，很容易影响发电机的使用寿命。当发电机出现电压跌落时，就会造成变流器损坏，对电网也会有很大的影响，影响电力发电的稳定运行。

1.3同步直驱发电机

与双馈异步电动机和定速异步发电机不同，同步直驱发电机的定子与电网没有进行直接的链接，它是通过背靠背的双变流器进行连接的，如果发电机出现电压跌落问题，就会对发电机的功率形成影响，导致电网功率不稳定产生下降的情况，此同时，发电机进行无功功率的输出为发电机运行提供平衡功率。但是，因为输出无功功率稳定性不强，也会对变流器形成影响，甚至会导致变流器的寿命减少。

2. 电压跌落暂态现象对风力发电影响分析

2.1对FSIG的暂态影响

当电网与FSIG定子进行链接，定子转速不能得到很好的控制，同时也需要吸收有功功率电流，这时就很容易发生电压跌落问题，就会造成发电机的转子电流出现变化，尤其是异步发电机，会让发电机的转速在暂态情况下发生快速运转，严重的会对发电机造成损害，同时也会造成电网中的无功率电流被发电机吸收，这些问题都会对电网形成一定的影响，阻碍电网恢复正常运行。

2.2对DFIG的暂态影响

当电网与DFIG转子进行链接，这时如果出现电压跌落问题，就会让双馈电机定子出现问题，这时候定子与转子之间的磁链出现暂态失衡，并对直流产生分量，由于转子很难进行磁链守恒，就会造成负序分量出现不稳，同时，又因为定子出现电压跌落导致磁链产生抵消只能依靠暂态电流维持稳定，另外，在高速运转下的转子也会产生直流暂态，也会造成电路发生问题，影响风力发电的系统稳定。

2.3对PMSG的暂态影响

由于电网与PMSG定子没有直接链接，是通过变流器相连的，所以网侧形成的变化不会对发电机形成影响，因此，PMSG要比之前两种的定子有很大的优势。当电网出现电压跌落时，变流器就会加大输出，通过输出电流来保持发电机的功率稳定，但是当输出的电流功率过大时就会对电流形成限制，这时候的发电机由于不能输出足够的无功功率，只能依靠母线无功进行补充，但这样就会对变流器的安全性能造成影响，导致电能质量严重下降。

3. 实现风力发电低电压穿越技术的有效方案分析

3.1在定速异步发电机中实现低电压穿越技术

当定速异步发电机出现电压跌落时，发电机的电磁转动距离就会缩短，导致转速会急剧上升，但定速异步发电机的结构较为简单，所以选择变桨控制可以很好的解决电压跌落问题，这种方法的工作原理就是在出现故障时采用变桨来增加电磁的转动距离，从而实现转速的稳定。另外，由于定速异步发电机的风机桨叶具有很大的惯性，想要充分地发挥出变桨的水平，就要提升变桨的能力，可以选择在发电机上安装补偿器，也可以选择采用静态的补偿器来调整电压。

3.2在双馈异步发电机中实现低电压穿越技术

3.2.1采用转子短路保护技术

想要很好地在双馈风力发电机中实现低电压穿越技术，首先可以采用转子短路保护技术，在发电机中安装短路保护电路，这样可以提升电压穿越技术的水平，也能在发生电压跌落时将发电机的变流器及时关闭，由保护电路进行工作，从而确保发电机的运行稳定，防止出现脱网的现象出现。

3.2.2制定交流分量控制策略

其次，可以选择制定交流分量控制策略，当发电机出现电压跌落问题时，将转子的电流进行分量控制，同时将定子磁链中的直流及时分量控制，将发电机的定子进行磁链减弱处理，确保发电机的低电压穿越技术的水平得到提升。

3.2.3加强学习新型拓扑结构

通过将发电机中的变流器与电网进行串联，由于双馈发电机的电压是由变流器和网侧电压组成，所以，变流器的电压一旦发生变化，发电机的磁链就会产生电压变化，因此，在发生电压跌落时只有将定子磁链所产生的电流全部消除才能减少电流对转子的限制，保证电网系统不会受到影响。

结束语：综上所述，我国的风力发电技术已经得到了很好的发展，在实际的发电中，风力发电机的供电技术也在稳步的提升，但由于在风力发电时经常会出现电压跌落故障，就需要在发电机中充分实现低电压穿越技术，从而解决电压跌落问题，确保电网的稳定运行。因此，要不断地提升低电压穿越技术的创新能力，只有这样才能保证风力发电充分发挥出自己的优势。

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