双馈异步风力发电机并网运行中的几个热点问题

刘　力,齐体俊（龙源内蒙古风力发电有限公司,呼和浩特　010010）



双馈异步风力发电机并网运行中的几个热点问题

刘力,齐体俊
（龙源内蒙古风力发电有限公司,呼和浩特010010）

摘 要：近年来，随着改革开放政策不断深入发展，我国经济得到了长足发展，经济发展的同时对于能源需求越来越高。因此对于新能源的开发将成为今后能源市场竞争的重点，风力发电作为一种天然的无污染能源，其符合当前环保理念的要求。风能具有无污染、分布广、可循环利用等特点，因此其对于环境保护具有非常重要的作用。双馈异步风力发电机作为风力发电的重要组成，其在并网运行的过程中存在着很多问题，本文针对一些热点问题进行探讨，希望能够对双馈异步风力发电机的并网运行有更加深入的了解。

关键词：双馈异步；风力发电机；并网运行；热点问题

0　引言

经过国人的不断努力，我国的风力电机装机容量已经荣居世界首位，但是在风机并网运行过程中缺乏相应经验，造成了风力发电并网运行出现瓶颈。为了满足我国对于新能源的需求必须加深对双馈异步风力发电机并网运行控制策略、保护方案等研究。本文针对双馈异步风电发电机并网运行过程中存在着的热点问题进行探讨，以期增强风力机组并网运行能力。

1　风力发电系统简介

风力机作为风力发电系统的必要设备，市场现存设备的风力机的样式和设备种类很多，根据风力机的风轮结构、气流位置等可以分为两种结构：垂直轴风力机和水平轴风力机。垂直轴风力发电机风向和风轮旋转的平面互相垂直，水平轴发电机风力机的风轮围绕着一个水平轴旋转。由于水平轴风电机叶片相对较小，相同输出功率下风速风机比低速风力机轻，更加适合于发电。垂直轴风力机可以接收不同方向的风发电，不需要对风吹发电，但垂直轴风力机无法自动启动且效率普遍较低。

2　双馈异步风电发电机并网运行危害

2.1电网电压低落与骤升

电网故障一般出现在电力输出系统之中，其故障的类型一般分为：单相对地短路、三相电压等幅跌落、两相对地故障以及相间电压故障。高压端堆成故障使得DFIG低端三相电压呈现出对称跌落，并且还存在着正序电压成分。电网电压跌落会使得电力系统的高压端某处电压出现瞬时骤降10%～90%。电网的电压骤升和骤降会造成电网无功功率过剩，导致电网电压升高超出额定值，其均会对DFIG风电系统造成极大危害。

2.2三相不平衡问题

三相电网发生短路会造成DFIG机端产生三相电压不均衡，分解出正负序两种电压成分。可采用负序电压和正序电压比值作为衡量电网平衡水平，根据国家电网质量标准判定指出，电网电压允许长时间存在着2%的稳态不平衡状态。电网电压不平衡会引起输入的GSC三相交流电的出现极不平衡状态，造成了输向电网无功率、有功与直流环节电压中存在着二倍电网频率波动。直流电压的二倍频波不仅会引起转子励磁电流谐波而且还会引起RSC控制的准确度。

3　双馈异步风电发电机并网运行策略

3.1空载并网

双馈异步风电发电机空在并网方式其主要是在发电机定子侧不带负载，直接将电机接入电网，向电网供电处理并且适用于大型风电场中。双馈电机定子的输出电压还未被送入到电网之前，向电网供电适合于大型风机电厂。双馈电机定子输入的电压未被送入电网时，电机的定子处于和电网断开状态，主要由转子变换器励磁。直到满足并网条件，定子的输入电压频率、电网电压、幅值和相位等均一致，电机的定子与电网连接。空载并网模式的原理比较清晰，控制方式比较简单，并网过程中对于定子的冲击力相对较小，电机转子电流保持平稳。

3.2负载并网

负载并网方式和空载并网方式其本质区别就在于负载并网方式的双馈风力发电机定子侧带了负载。实验室采用三相变阻器作为双馈电机负载，当负载的两端电压满足并网条件的时候，才能够被允许并网。负载并网模式和空载的并网模式一样，负载并网可以实现无冲击电流并网。负载并网之后，风力发电系统一般具有两种运行模式：（1）双馈电机不带负载运行；（2）双馈风力电机继续带负载运行。

3.3变换器控制策略

双馈风力发电系统中存在着交流、直流励磁变换器工作状态切换，其切换状态主要由DFIG运行区域决定。若DFIG处于超同步运行工作状态，转子不需要通过直流环节释放能量，转子侧变换器进行定向矢量控制，将DFIG转子回馈的转差功率整流成为直流电向直流母线电容充电，使得直流环节的电压上升。当DFIG处于亚同步运行状态时，转子需要从直流环节吸收能量，转子侧变换器在磁场定向矢量控制下保持逆变工作状态，直流环节的电容由于放电会导致两端的致力于电压有下降趋势。电网运行过程中为了确保其运行的稳定性，在电网电压定向矢量控制下侧变换器的工作处于整流状态。因此定子磁链定向矢量控制可实现对侧变换器和电网电压定向矢量控制下的网侧变换器的共同作用，两个变换器工作状态随着DFIG转速的改变而自动切换到适合的运行状态。

4　结束语

随着电网改革制度不断深入发展，对于电力行业产生了巨大的影响。双馈异步风电发电机在并网运行的时候存在着很多问题，本文针对一些热点问题进行分析，提出了双馈异步风电发电机并网运行策略，希望通过本文的研究能够为电网并网运行提供有效参考。经过本次的研究，笔者认为针对风机并网运行故障要进行细致分析，然后根据故障的产生原因以及机理来采取应对性措施以此来提升工作效率和并网运行质量。

参考文献：

[1]崔杨,严干贵,李鸿博.联网运行风力发电系统的动态建模方法综述[J].东北电力大学学报,2012(06):1-9.

[2]郑景文,刘鹏,李玉超.双馈式风力发电机并网与解列控制及仿真研究[J].电机与控制应用,2015(05):51-57.

[3]年珩,程鹏,贺益康.故障电网下双馈风电系统运行技术研究综述[J].中国电机工程学报,2015(16):4184-4197.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.128