吳潔 上海電氣輸配電技術(shù)中心 (200042）

吳潔（1986年～），女，工學(xué)碩士?，F(xiàn)主要從事風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行分析與控制、雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究。

0 引言

風(fēng)能是一種清潔環(huán)保的可再生能源，也是解決能源問題的重要途徑之一。近年來，風(fēng)能保持著世界增長最快能源的地位。隨著風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，為了進(jìn)一步降低風(fēng)電成本，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組逐步朝著單臺大容量方向發(fā)展。MW級雙饋式風(fēng)電機(jī)組已成為國內(nèi)陸上風(fēng)電的主力機(jī)型。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組定子和電網(wǎng)直接相連接，轉(zhuǎn)子和功率變換器相連接，通過變換器的功率僅僅是轉(zhuǎn)差功率，這是各種傳動(dòng)系統(tǒng)中效率比較高的，而變速調(diào)節(jié)主要用來響應(yīng)快速變化的風(fēng)速，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)平滑的功率輸出和功率因數(shù)在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。該結(jié)構(gòu)適合于調(diào)速范圍不寬的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，尤其是大、中容量的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要包括以下幾個(gè)部分：塔架、葉片、風(fēng)輪機(jī)、齒輪箱、傳動(dòng)軸、雙饋異步發(fā)電機(jī)、變流器、電網(wǎng)接入系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等。在整個(gè)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組當(dāng)中，機(jī)組控制是其中的一個(gè)非常關(guān)鍵的技術(shù)，也是雙饋風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)核心之一。目前國內(nèi)MW級風(fēng)電機(jī)組采用的變流器大多還是引進(jìn)組裝，成本居高。我們對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了長期的跟蹤和研究，在引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的MW級變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用變流器和主控制器已達(dá)到國際先進(jìn)水平。

SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)用于中控站對整個(gè)風(fēng)場機(jī)組的監(jiān)控以及數(shù)據(jù)的記錄分析，包括風(fēng)機(jī)運(yùn)行記錄、風(fēng)玫瑰圖數(shù)據(jù)、風(fēng)電機(jī)組發(fā)電功率曲線、風(fēng)機(jī)運(yùn)行故障代碼及風(fēng)機(jī)運(yùn)行的各項(xiàng)操作等，是用戶查詢系統(tǒng)風(fēng)機(jī)當(dāng)前及歷史數(shù)據(jù)的重要工具。輸配電自主研發(fā)了帶功率預(yù)測功能的SCADA系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備強(qiáng)大的用戶個(gè)性化定制功能，并具備風(fēng)電場短期和中長期發(fā)電量預(yù)測功能。

為了提高風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)接入可靠性，風(fēng)電場接入標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了風(fēng)電機(jī)組應(yīng)具有低電壓穿越功能，該功能是針對電網(wǎng)受到暫態(tài)擾動(dòng)（如雷擊線路、電弧故障、局部短路故障等）出現(xiàn)電壓跌落時(shí)，機(jī)組能在一定的時(shí)間內(nèi)保持并網(wǎng)狀態(tài)，為電網(wǎng)恢復(fù)留出一定的時(shí)間，避免因機(jī)組大面積脫網(wǎng)而造成電網(wǎng)的二次擾動(dòng)。輸配電自主研發(fā)的變流器采用能量泄放組件Crowbar加Chopper的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)低電壓穿越期間的能量釋放，同時(shí)變流器控制系統(tǒng)針對低電壓期間的電網(wǎng)無功需求，控制機(jī)組輸出無功，支撐電網(wǎng)電壓，該方案是目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越的主流技術(shù)方案，其穿越功能高效可靠，同時(shí)又能有效控制低電壓穿越模塊的硬件成本。

這里從主控制器、變流器、SCADA系統(tǒng)、低電壓穿越四個(gè)方面介紹典型的MW級雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)。

1 主控制器

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主控制系統(tǒng)是綜合性控制系統(tǒng)，是風(fēng)機(jī)的大腦，控制風(fēng)機(jī)的所有設(shè)備的啟停。它不僅要監(jiān)視電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，對機(jī)組進(jìn)行并網(wǎng)與離網(wǎng)控制，以確保運(yùn)行過程的安全性與可靠性，而且還要根據(jù)風(fēng)速與風(fēng)向的變化，對機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化控制，以提高機(jī)組的運(yùn)行效率和發(fā)電量。

主控制系統(tǒng)分塔頂柜和塔底柜，塔底柜（圖1左）運(yùn)行所有的控制程序，包括數(shù)據(jù)運(yùn)算和統(tǒng)計(jì)功能，發(fā)送風(fēng)機(jī)各個(gè)設(shè)備的啟停指令；實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的監(jiān)控，包括電網(wǎng)電壓、電流、頻率、功率因數(shù)、三相均衡等監(jiān)控；對過壓與欠壓、過流與欠流、過頻與低頻、功率因數(shù)偏離正常值、電壓缺相等故障發(fā)出報(bào)警及停機(jī)指令，通過柜門上的人機(jī)界面來實(shí)現(xiàn)用戶對風(fēng)機(jī)的各種控制；實(shí)現(xiàn)與機(jī)艙柜、變流器、中控室之間的通訊，并支持多種通訊方式。塔頂柜（圖1右）實(shí)現(xiàn)對風(fēng)速、風(fēng)向，塔筒振動(dòng)頻率、主軸轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)溫度、齒輪箱溫度、潤滑油溫度、機(jī)艙內(nèi)溫度等各種參數(shù)的監(jiān)控；控制機(jī)艙內(nèi)加熱設(shè)備和冷卻設(shè)備的啟停，實(shí)現(xiàn)與變槳系統(tǒng)、塔底柜的通訊。

主控制系統(tǒng)采用了可編程計(jì)算機(jī)控制器PCC，與常規(guī)PLC相比較，PCC最大的特點(diǎn)在于分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)和多樣化的應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)，這樣應(yīng)用程序的運(yùn)行周期則與程序長短無關(guān)，而是由操作系統(tǒng)的循環(huán)周期決定。由此，它將應(yīng)用程序的掃描周期同真正外部的控制周期區(qū)別開來，滿足了真正實(shí)時(shí)控制的要求。當(dāng)然，這種控制周期可以在CPU運(yùn)算能力允許的前提下，按照用戶的實(shí)際要求，任意調(diào)整。故PCC完全能夠適應(yīng)風(fēng)電行業(yè)的控制需要。

為了構(gòu)建更加安全的生產(chǎn)環(huán)境，主控制系統(tǒng)還使用了獨(dú)立的安全控制器，該安全控制系統(tǒng)使用工業(yè)以太網(wǎng)Ethernet Power link為安全現(xiàn)場總線，保護(hù)對象包含輸入輸出接口、電源、伺服系統(tǒng)、軟件設(shè)計(jì)等各個(gè)方面，是一套全集成的安全系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要依賴安全鏈在危急情況下及時(shí)斷開實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的保護(hù)作用，安全鏈采用反邏輯設(shè)計(jì)，將可能對風(fēng)機(jī)造成致命傷害的重要機(jī)構(gòu)部件的控制端串聯(lián)成一個(gè)回路。當(dāng)回路中任意一個(gè)觸點(diǎn)發(fā)生故障，安全鏈斷開，引起緊急停機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)失電、風(fēng)機(jī)瞬間脫網(wǎng)、從而最大限度地保證風(fēng)機(jī)的安全。

圖1 主控柜

用系統(tǒng)建模仿真分析和設(shè)計(jì)是國際上通行技術(shù)開發(fā)應(yīng)用的慣例和手段。輸配電集團(tuán)以Matlab為平臺建立控制系統(tǒng)的仿真模型和以Blanded為平臺建立風(fēng)機(jī)系統(tǒng)各子系統(tǒng)的詳細(xì)模型及傳遞函數(shù)，用于研究風(fēng)機(jī)在各種工況下的動(dòng)、靜態(tài)特性，這是研制風(fēng)機(jī)主控制器先進(jìn)控制策略的第一步。根據(jù)風(fēng)機(jī)葉片、塔架、傳動(dòng)鏈及發(fā)電機(jī)固有特性，得到以減小機(jī)械載荷和疲勞為條件的風(fēng)機(jī)最佳功率曲線，將風(fēng)機(jī)功率曲線分區(qū)域采取變結(jié)構(gòu)PID控制，以獲得發(fā)電機(jī)輸出最大功率。同時(shí)，設(shè)計(jì)了使系統(tǒng)響應(yīng)最快，發(fā)電機(jī)輸出功率變化率最小的策略，使風(fēng)速突變對電網(wǎng)的影響最小。該系統(tǒng)帶有風(fēng)機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控、狀態(tài)檢測與越線報(bào)警及歷史事件記錄庫。具備與上級監(jiān)控系統(tǒng)連接遠(yuǎn)程控制功能、與各閉環(huán)控制子系統(tǒng)之間的通訊及控制、與保護(hù)系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)、良好的人機(jī)交互等功能。當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，安全保護(hù)系統(tǒng)能使風(fēng)機(jī)維持在安全狀態(tài)，并可進(jìn)行故障自診斷及遠(yuǎn)程復(fù)位。

2 變流器

變流器是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，其主要功能是完成對發(fā)電機(jī)的輸出功率控制以及并網(wǎng)控制。變流器一般由電力電子變流電路與相應(yīng)的DSP控制系統(tǒng)組成。電力電子變流電路是完成交/直流變換與電壓電流幅頻控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要由電力電子開關(guān)、電力二極管、電力電容器、電抗器等器件構(gòu)成。DSP控制系統(tǒng)是變流器的大腦，主要功能是實(shí)現(xiàn)對電力電子變流電路中相關(guān)器件以及其他外圍設(shè)備的控制，并與風(fēng)力發(fā)電主控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。

風(fēng)電變流系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，連接雙饋發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)的變流器用于維持直流電容電壓穩(wěn)定；連接轉(zhuǎn)子側(cè)的變流器用于雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)變速恒頻控制及能量雙向流動(dòng)，滿足電機(jī)不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)的要求。轉(zhuǎn)子側(cè)裝有由三相整流橋、IGBT、放電電阻及吸收電路構(gòu)成的能量泄放組件（Crowbar）裝置，用于電網(wǎng)電壓跌落時(shí)的低電壓穿越用，保證定子側(cè)短時(shí)低電壓狀態(tài)下機(jī)組不脫網(wǎng)，持續(xù)運(yùn)行，提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性；直流電容側(cè)裝有預(yù)充電回路，用于機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的直流電容預(yù)充電。同時(shí)直流電容側(cè)還裝有由IGBT和放電電阻串聯(lián)構(gòu)成的能量泄放組件（Chopper）裝置，用于能量突變導(dǎo)致直流側(cè)電壓過高時(shí)泄放能量，以保護(hù)直流側(cè)電容；在網(wǎng)側(cè)變流器前，安裝諧振式濾波器。在轉(zhuǎn)子側(cè)變流器后，裝有du/dt濾波器，用于濾除開關(guān)頻率附近的電壓諧波。另外，在定子側(cè)裝有接觸器與斷路器，其中接觸器用于機(jī)組并網(wǎng)及脫網(wǎng)，斷路器則實(shí)現(xiàn)過流、短路等保護(hù)動(dòng)作?？刂茊卧?，采用數(shù)字信號處理器(DSP)與現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)構(gòu)成嵌入式控制系統(tǒng)，能夠高速高效地實(shí)現(xiàn)各種控制算法。

圖2 變頻器的硬件電路

在軟件設(shè)計(jì)方面，變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行目標(biāo)主要有兩個(gè)，首先是實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能追蹤，其核心是對雙饋異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速或者是有功功率的控制；其次是對雙饋異步發(fā)電機(jī)定子輸出無功功率的控制。雙饋異步發(fā)電機(jī)的有功和無功功率與轉(zhuǎn)子電流密切相關(guān)，所以這兩個(gè)目標(biāo)又是通過轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變流器對雙饋異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的有效控制來實(shí)現(xiàn)的。由此可見,雙饋異步發(fā)電機(jī)是控制的對象，轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變流器是控制指令的執(zhí)行者。為了對控制對象實(shí)現(xiàn)有效控制，轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變流器的控制應(yīng)以雙饋異步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。與普通的三相交流電機(jī)一樣，三相靜止坐標(biāo)系下雙饋異步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、多變量、非線性、強(qiáng)耦合的系統(tǒng)，很難進(jìn)行控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)對雙饋異步發(fā)電機(jī)有功、無功功率的有效控制，二者必須解耦，因而可把交流調(diào)速中的矢量控制技術(shù)應(yīng)用于雙饋異步發(fā)電機(jī)的有功、無功解耦控制中，即通過旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換，將轉(zhuǎn)子電流分解成d軸分量和q軸分量，使轉(zhuǎn)子電流的有功分量與無功分量實(shí)現(xiàn)解耦，控制轉(zhuǎn)子電流的有功分量和無功分量就可以實(shí)現(xiàn)雙饋異步發(fā)電機(jī)的有功功率和無功功率的解耦控制，從而實(shí)現(xiàn)變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的兩個(gè)目標(biāo)。

變流器采用SVPWM四象限空間矢量調(diào)制技術(shù)(Space Vector Pulse Width Modulation)，與常規(guī)的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)相比具有直流母線電壓利用率高，電流波形畸變小和易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)，在電力電子與電氣傳動(dòng)領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。采用SVPWM技術(shù)而不做過調(diào)制處理時(shí)，變流器輸出交流線電壓基波的最大值為直流母線電壓，因而比采用一般的SPWM的變流器的輸出交流電壓高了15%。

在風(fēng)速變化情況下，變流器可實(shí)現(xiàn)功率的平滑控制，同時(shí)可根據(jù)實(shí)時(shí)情況進(jìn)行有功無功調(diào)節(jié)，有效抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)，設(shè)計(jì)了低電壓穿越與三相不平衡控制模塊，強(qiáng)化了對國內(nèi)各種惡劣電網(wǎng)條件的適應(yīng)能力。變流器具有多種通訊接口，如以太網(wǎng)、CAN、GPRS及RS232等，接口協(xié)議完善，可進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控；此外變流器具有完備的故障冗余和保護(hù)功能，保證系統(tǒng)正常穩(wěn)定可靠高效運(yùn)行。針對特殊工作環(huán)境，如低溫、高原、海上等研制了具備相應(yīng)耐受能力的系列產(chǎn)品，以滿足用戶不同的需求。變流器用戶界面操作簡單、快捷?？蛇M(jìn)行常規(guī)參量的在線監(jiān)測、參數(shù)設(shè)置、故障報(bào)警和信息查閱等操作。

3 帶功率預(yù)測的風(fēng)場SCADA系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報(bào)警等各項(xiàng)功能。它在電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。輸配電設(shè)計(jì)的SCADA系統(tǒng)針對目前國內(nèi)大規(guī)模風(fēng)電場的需要，采用了雙環(huán)路冗余配置的SCADA通訊網(wǎng)絡(luò)、通用的通訊協(xié)議、模塊化的軟件設(shè)計(jì)思路和功能強(qiáng)大的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫，具有很強(qiáng)的通用性和擴(kuò)展性，能滿足現(xiàn)有和將來用戶的不同需求。系統(tǒng)主要由主站（上位機(jī)）、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通道和若干風(fēng)機(jī)控制器（下位機(jī)）組成，其硬件構(gòu)架的設(shè)計(jì)如圖3。

圖3 SCADA系統(tǒng)硬件架構(gòu)

就SCADA 軟件而言，市場上大多采取封閉式的軟件，即軟件對下位和控制器綁定，對軟件內(nèi)部采用專屬結(jié)構(gòu)開發(fā)，對上層接口開放程度差?；谠撔袠I(yè)的現(xiàn)狀，輸配電研發(fā)了基于開放式平臺、具有分布式多層架構(gòu)、適應(yīng)于國內(nèi)風(fēng)電的SCADA系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)軟件構(gòu)架設(shè)計(jì)如圖4所示。該系統(tǒng)具備以下5項(xiàng)功能。圖5為SCADA系統(tǒng)人機(jī)交互主界面。

圖4 SCADA系統(tǒng)軟件構(gòu)架的設(shè)計(jì)

（1）運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測：系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示每一臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，這些數(shù)據(jù)包括：功率、風(fēng)速、風(fēng)向、槳距角、功率因數(shù)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。風(fēng)電場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用TCP/IP協(xié)議通過千兆局域網(wǎng)絡(luò)采集這些信息，數(shù)據(jù)更新周期小于500ms。在風(fēng)機(jī)遇到故障的情況下，能夠主動(dòng)向運(yùn)營商或者制造商發(fā)出報(bào)警信息。

（2）歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：系統(tǒng)能夠顯示發(fā)電量、可利用率、功率曲線、風(fēng)玫瑰圖、故障統(tǒng)計(jì)等歷史數(shù)據(jù)信息，同時(shí)還需要具備針對上述數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、存儲、報(bào)表、打印等其他輔助功能。

（3）電網(wǎng)調(diào)度傳輸：系統(tǒng)將風(fēng)機(jī)運(yùn)行的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娋W(wǎng)調(diào)度中心。

（4）風(fēng)場運(yùn)行控制：系統(tǒng)在下位機(jī)內(nèi)置入數(shù)據(jù)發(fā)送服務(wù)程序，根據(jù)配置搜集微控制器內(nèi)的變量值，打包通過TCP/IP協(xié)議發(fā)送至監(jiān)控中心的后臺處理服務(wù)器，同時(shí)接收風(fēng)場監(jiān)控中心的控制指令,對風(fēng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行開機(jī)、關(guān)機(jī)、復(fù)位及有功、無功控制操作。

（5）其他功能：用戶根據(jù)自己的實(shí)際要求拓展SCADA系統(tǒng)的功能。

圖5 風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主界面

為了滿足電網(wǎng)對風(fēng)電場的調(diào)度需求和合理安排風(fēng)機(jī)的日常維護(hù)工作，具有風(fēng)力發(fā)電場功率預(yù)測系統(tǒng)WPPS(Wind Power Prediction System)的SCADA系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)了對陸上和海上風(fēng)電場短期和中長期發(fā)電量的有效預(yù)測，其短期預(yù)測精度達(dá)到90%以上。

在風(fēng)場功率預(yù)測系統(tǒng)研發(fā)過程中，首先開發(fā)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，接收風(fēng)場SCADA系統(tǒng)提供的風(fēng)電機(jī)組實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并設(shè)計(jì)出了具備可擴(kuò)展性的數(shù)據(jù)庫存儲構(gòu)架；其次開發(fā)了能夠獲取風(fēng)場地區(qū)的氣象部門發(fā)布的風(fēng)速、風(fēng)向預(yù)報(bào)的軟件模塊，為開展中長期功率預(yù)測研究提供技術(shù)支持。進(jìn)一步利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對獲取的風(fēng)場風(fēng)速、風(fēng)向等歷史數(shù)據(jù)做出處理，以得到預(yù)測用的模型訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)；最后，利用自回歸移動(dòng)平均模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立風(fēng)電場的發(fā)電功率預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)對不同時(shí)間尺度(提供未來1~6h內(nèi)風(fēng)電場輸出功率預(yù)報(bào)值和未來24h的風(fēng)電輸出功率小時(shí)變化曲線，其中1h預(yù)測步長為10min，6h和24h的預(yù)測步長為1h)的風(fēng)電場發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測，并建立風(fēng)電機(jī)組功率產(chǎn)出和預(yù)測結(jié)果的統(tǒng)計(jì)、評價(jià)系統(tǒng)。

4 低電壓穿越

風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越功能是為了解決電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性問題而提出的。所謂“低電壓穿越”是指風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落期間在一定時(shí)間內(nèi)保持不脫網(wǎng)持續(xù)運(yùn)行的能力，若有可能還應(yīng)當(dāng)發(fā)出無功支撐電網(wǎng)電壓。目前，已經(jīng)明確規(guī)定了風(fēng)機(jī)應(yīng)具備此項(xiàng)功能，并對跌落幅度與時(shí)間進(jìn)行了定標(biāo)(見圖6)。由于目前國內(nèi)很多風(fēng)場的機(jī)組并不具備該功能，大規(guī)模的設(shè)備改造工作已經(jīng)展開。

圖6 風(fēng)機(jī)低電壓穿越要求

在電壓跌落期間風(fēng)機(jī)保持不脫網(wǎng)，風(fēng)電系統(tǒng)會經(jīng)受較大的機(jī)械與電氣上的暫態(tài)沖擊，因此如何通過控制算法與硬件配合將這種沖擊的影響減至最小將是成功實(shí)現(xiàn)低電壓穿越的關(guān)鍵因素。在軟件仿真的基礎(chǔ)上，為了更清楚地了解電網(wǎng)電壓跌落期間風(fēng)機(jī)系統(tǒng)各部件的暫態(tài)運(yùn)行情況，2MW全功率低電壓穿越測試平臺不僅可以模擬風(fēng)機(jī)在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的運(yùn)行工況，還可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)中壓側(cè)幅值時(shí)間可控的電壓跌落，從而驗(yàn)證系統(tǒng)能否通過電控系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)低電壓穿越功能。在此基礎(chǔ)上，該變流器和主控制系統(tǒng)于2011年通過了電科院的低電壓穿越認(rèn)證。

5 結(jié) 語

我國是風(fēng)能資源較豐富的國家，但實(shí)際風(fēng)電裝機(jī)容量僅占全國電力裝機(jī)總?cè)萘康?.06%，而風(fēng)力發(fā)電的電控設(shè)備主要靠進(jìn)口，風(fēng)力發(fā)電無論是市場占有率還是在能源結(jié)構(gòu)中的比重，乃至發(fā)電設(shè)備制造水平，都落后于丹麥、德國等國家。MW級雙饋式風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)及變流器的研制及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目可創(chuàng)造數(shù)百億元的產(chǎn)值，并能為減輕能源開發(fā)利用對于環(huán)境的污染和生態(tài)的破壞做出積極的貢獻(xiàn)，對打破跨國公司風(fēng)電機(jī)組主控產(chǎn)品對我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的壟斷也具有十分重要的意義,同時(shí)也為上海電氣發(fā)展大型海上風(fēng)電主控系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

MW級變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用變流器和主控制器產(chǎn)品自2008年起已在長興島、東臺、羅平山、啟東等多個(gè)風(fēng)電場投入運(yùn)行，成為國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的風(fēng)電變流器和主控制器供應(yīng)商之一。