賈護(hù)民

青海省綠色發(fā)電集團(tuán)股份有限公司，青海西寧 810000

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的不可再生能源緊缺問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，使得風(fēng)能、水能等可再生能源有著極大的市場(chǎng)應(yīng)用空間。其中在電網(wǎng)的發(fā)展中，多需要借助于風(fēng)力能源使得風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)揮作用，但是很多地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電廠由于技術(shù)有限，以及需要向很多電力資源需求量較高的區(qū)域進(jìn)行遠(yuǎn)距離的送電，因此，電力系統(tǒng)易發(fā)生電網(wǎng)電壓跌落等故障問(wèn)題，需要發(fā)電廠對(duì)于風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性多加關(guān)注。采用雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)，一旦電網(wǎng)發(fā)生故障問(wèn)題，即可通過(guò)無(wú)功電流等手段，使得電網(wǎng)可以正常工作運(yùn)行。我國(guó)針對(duì)該項(xiàng)系統(tǒng)的應(yīng)用，頒布了風(fēng)電并網(wǎng)接入電力系統(tǒng)的規(guī)范，其中明確指出如果機(jī)端的電壓值處于20%時(shí)，此時(shí)風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行中，需要在不脫網(wǎng)的條件下，繼續(xù)進(jìn)行運(yùn)行，且運(yùn)行的速度需要的達(dá)到625ms；以及該機(jī)組對(duì)于電壓不平衡度（長(zhǎng)時(shí)2%、短時(shí)4%）、并網(wǎng)電壓諧波畸變率（4%），有著較好的承受力；同時(shí)該風(fēng)電機(jī)組還可以通過(guò)無(wú)功電流，使得電網(wǎng)發(fā)生故障后可以繼續(xù)運(yùn)行[1]。該種系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)為雙饋型感應(yīng)發(fā)電機(jī)。其使用的成本較低、有著容量較小的勵(lì)磁變流器、傳輸速率可做調(diào)整的特點(diǎn)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)生故障電網(wǎng)問(wèn)題的修復(fù)，以及有著極強(qiáng)的抗干擾能力，因此，需要不斷的加強(qiáng)應(yīng)用。

1 雙饋風(fēng)電變流器運(yùn)行技術(shù)概述

1.1 不脫網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)

目前我國(guó)對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)行不脫網(wǎng)的額定值要求較高，需要在此狀態(tài)下的運(yùn)行毫秒約為625，且機(jī)端電壓的需要控制在20%左右，而在國(guó)外則遠(yuǎn)低于該標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)階段較為常見(jiàn)的故障問(wèn)題，主要有電壓驟降、升高，首先在驟降故障方面，應(yīng)用雙饋風(fēng)電系統(tǒng)，在發(fā)生下降之后的第一周期，在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，會(huì)出現(xiàn)過(guò)電壓。該種電壓值的幅值，與直流暫態(tài)分量、電壓穩(wěn)態(tài)分量之間有著密切的關(guān)系，這兩項(xiàng)值發(fā)生疊加時(shí)，過(guò)電壓值處于最高的水平，一旦抵消則處于較低值。其次電壓升高故障，易導(dǎo)致直流側(cè)過(guò)壓情況，以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓、下降和飽和的勵(lì)磁電感與電機(jī)磁路，使得電路受到的沖擊力加大。根據(jù)上述雙饋?zhàn)兞髌鲬?yīng)用時(shí)，不脫網(wǎng)下獲得數(shù)據(jù)即可為該種風(fēng)電系統(tǒng)的有效應(yīng)用，提供參數(shù)依據(jù)。

1.2 電網(wǎng)支撐能力

目前很多國(guó)家安裝的風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，需要對(duì)外界干擾電網(wǎng)運(yùn)行的因素進(jìn)行控制，使得電網(wǎng)的故障問(wèn)題可以盡快解除，恢復(fù)運(yùn)行。我國(guó)要求電網(wǎng)在不存在故障問(wèn)題后，額定功率值（10%）需要與正常運(yùn)行的值無(wú)差別，其中分別對(duì)電網(wǎng)頻率、電壓幅值的調(diào)整，需要應(yīng)用有功、無(wú)功功率實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，而且我國(guó)要求在發(fā)生電網(wǎng)故障后，首先使用無(wú)功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)[2]。

1.3 友好并網(wǎng)技術(shù)

針對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行故障中使用雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的低次諧波畸變、三相電壓不平衡的問(wèn)題，以及該問(wèn)題下的電壓偏差較大的問(wèn)題，可以對(duì)該系統(tǒng)的網(wǎng)側(cè)變流器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得并網(wǎng)點(diǎn)負(fù)序電壓可以在無(wú)功電流的控制下，減少電壓偏差問(wèn)題，使得并網(wǎng)后可以滿足系統(tǒng)運(yùn)行的需要，使得輸出的電流屬于高正弦度電流，電力諧波注入順利進(jìn)行[3]。

2 短時(shí)故障下的運(yùn)行技術(shù)研究

電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)用雙饋風(fēng)電系統(tǒng)，可以對(duì)電網(wǎng)故障后的電壓的異常變化情況，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子過(guò)電流、直流過(guò)電壓的調(diào)節(jié)，以及保護(hù)硬件等手段來(lái)進(jìn)行的處理，使得在不脫網(wǎng)下的風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行。在現(xiàn)階段的應(yīng)用中，需要在故障問(wèn)題下，系統(tǒng)應(yīng)對(duì)電流沖擊的具體方法進(jìn)行重點(diǎn)的研究。

2.1 可以對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行控制

對(duì)經(jīng)過(guò)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子電流，進(jìn)行指令的控制，以此來(lái)對(duì)定子磁鏈暫態(tài)分量，以及負(fù)序分量，進(jìn)行相互之間的能力抵消，使得經(jīng)過(guò)機(jī)組的電流值可以在控制下減少驟減、驟升對(duì)于設(shè)備電壓造成的干擾，這種主動(dòng)消磁的方法應(yīng)用的較為廣泛[4]。同時(shí)，還有對(duì)電流調(diào)節(jié)器的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的技術(shù)手段。在電流器電流控制閉環(huán)的使用中，采用虛擬電抗/電阻技術(shù)等手段的引入，使得設(shè)備動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度加快。還可以使用電流矢量控制等方法，使得網(wǎng)側(cè)變流器抵御外界干擾的能力提高。該法是通過(guò)對(duì)電流閉環(huán)的弊端問(wèn)題作出的調(diào)整，在應(yīng)用時(shí)有局限，還需要輔以風(fēng)電系統(tǒng)的手段在故障下進(jìn)行運(yùn)行處理[5]。

2.2 提高等效電阻值

設(shè)備在運(yùn)行中，可以借助于限流電阻的接入處理，使得轉(zhuǎn)子過(guò)電流的值獲得限制，以此可以穿越運(yùn)行?，F(xiàn)階段較常使用的手段是撬棒法。該方法在應(yīng)用時(shí)，可以對(duì)雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組、旁路雙饋?zhàn)兞髌?，進(jìn)行電阻的短接處理，使得系統(tǒng)在故障下的穿越能力顯著提升。同時(shí)，可以應(yīng)用斬波器裝置，以此在設(shè)備發(fā)生故障的第一時(shí)間，可以迅速的直流測(cè)過(guò)電壓進(jìn)行限制。

2.3 對(duì)機(jī)端電壓進(jìn)行處理

雙饋型風(fēng)電系統(tǒng)在運(yùn)行階段常常會(huì)出現(xiàn)負(fù)序分量，以及定子磁鏈暫態(tài)分量，在這兩種能量的平衡處理中，可以對(duì)機(jī)端電壓進(jìn)行支撐處理。常用的支撐處理手段為動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，其通過(guò)對(duì)電壓的補(bǔ)償來(lái)對(duì)故障后的兩種分量進(jìn)行控制的，屬于串聯(lián)電壓補(bǔ)償。還可以通過(guò)并聯(lián)電壓補(bǔ)償來(lái)處理。較之于前兩種處理手段，機(jī)端電壓的平衡處理，可以使得機(jī)端電壓值處于較好的穩(wěn)定狀態(tài)下，但是應(yīng)用時(shí)所需的設(shè)備、裝置較多（保護(hù)措施），增加了系統(tǒng)運(yùn)行的成本。目前，這三種技術(shù)手段在短時(shí)故障發(fā)生后均有一定的應(yīng)用，需要操作人員結(jié)合本地的應(yīng)用實(shí)際情況，選取最佳的技術(shù)進(jìn)行故障后的穿越應(yīng)用。

3 長(zhǎng)期輕微故障下的運(yùn)行技術(shù)研究

電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，常會(huì)使用不可控整流器、不可逆交流調(diào)速系統(tǒng)等裝置，因此較常容易出現(xiàn)低次諧波畸變等情況，不符合我國(guó)并網(wǎng)運(yùn)行的相關(guān)要求。因此，在雙饋?zhàn)兞髌鞯氖褂孟?，針?duì)常見(jiàn)的輕微故障問(wèn)題，需要將電網(wǎng)同步信號(hào)作為重要的參數(shù)來(lái)研究，在設(shè)備運(yùn)行中，快速的追蹤到該信號(hào)，以此來(lái)對(duì)有功和無(wú)功功率，進(jìn)行科學(xué)的配置，可以采用變流器控制策略實(shí)現(xiàn)信號(hào)控制。

3.1 電網(wǎng)同步信號(hào)檢測(cè)手段

在檢測(cè)時(shí)，可以應(yīng)用鎖相環(huán)技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該技術(shù)檢測(cè)時(shí)的帶寬較高，且動(dòng)態(tài)性能滿足檢測(cè)的需要，檢出結(jié)果較為理想?；谠摷夹g(shù)的鎖相環(huán)結(jié)節(jié)結(jié)構(gòu)主要由三部分組成，壓控振蕩器、環(huán)路濾波器、鑒相器。在應(yīng)用中，是在閉環(huán)的狀態(tài)下開(kāi)展工作的，但是在目前的該技術(shù)應(yīng)用中，其結(jié)果易受到諧波分量的干擾，因此很多科研人員對(duì)鑒相器進(jìn)行了重點(diǎn)的研究改進(jìn)。可以應(yīng)用構(gòu)造濾波器提取法、級(jí)聯(lián)延遲信號(hào)消除法對(duì)鑒相器的影響性因素進(jìn)行改進(jìn)。在前者方法的鑒相器改進(jìn)中，對(duì)于正序基頻變量，使用1階廣義積分器、方波發(fā)生器等裝置進(jìn)行提取，而后配合鎖相環(huán)其他兩個(gè)結(jié)構(gòu)共同對(duì)同步信號(hào)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)；后者方法在使用中可以直接對(duì)受干擾的因素進(jìn)行消除處理。此外，還可以對(duì)環(huán)路濾波器進(jìn)行改進(jìn)，提高信號(hào)檢測(cè)的效果。需要在原有的濾波器元器件的基礎(chǔ)上，添加自適應(yīng)諧振調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)。在常規(guī)的濾波器使用中，由于設(shè)備的具有一定的滯后性，在電壓發(fā)生異常變化后，鎖定花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，實(shí)時(shí)性效果較差，因此采用添加諧振調(diào)節(jié)器的方式，可以提高信號(hào)檢測(cè)頻率，且有著較高精度的檢出值。同時(shí)，對(duì)于環(huán)路濾波器，也有學(xué)者研究可以采用全數(shù)字硬件鎖相環(huán)，進(jìn)行改進(jìn)處理，該種改進(jìn)方案可以借助于數(shù)字化的自動(dòng)化技術(shù)，在發(fā)生故障問(wèn)題后，可以快速的對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。因此在同步信號(hào)的監(jiān)測(cè)中，可以從鑒相器和環(huán)路濾波器這兩個(gè)裝置結(jié)構(gòu)入手，進(jìn)行結(jié)果精準(zhǔn)度的研究。

3.2 變流器控制

電網(wǎng)的電壓出現(xiàn)諧波分量等情況下，易出現(xiàn)諧波畸變問(wèn)題、電壓嚴(yán)重的波動(dòng)等問(wèn)題，因此需要采取有效的干預(yù)措施，使得諧波分量、負(fù)序分量處于合理的范圍內(nèi)，例如在變流器控制中，可以采用電流矢量控制方法。該法在應(yīng)用時(shí)，需要構(gòu)建正負(fù)序基頻、電流等參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，以此便于工作人員在把握這幾個(gè)方面數(shù)據(jù)的關(guān)系之后，來(lái)進(jìn)行控制。但是在應(yīng)用中，需要對(duì)控制延時(shí)等情況多加關(guān)注。同時(shí)，還可以采用空間矢量直接功率控制策略，來(lái)對(duì)變流器進(jìn)行處理。該種控制法具有著操作簡(jiǎn)單，參數(shù)對(duì)設(shè)備影響較小的優(yōu)勢(shì)，因此應(yīng)用較多。在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，在控制下通過(guò)滑膜調(diào)節(jié)器等裝置，可以對(duì)電壓的參考值進(jìn)行監(jiān)測(cè)和獲取，結(jié)合該系統(tǒng)的運(yùn)行需要，確定開(kāi)關(guān)函數(shù)，以此來(lái)對(duì)功率管，進(jìn)行直接性的控制。

4 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)力發(fā)電在未來(lái)的發(fā)展中，有著十分廣闊的應(yīng)用空間，因此需要電力部門(mén)對(duì)該種發(fā)電模式下，使用的雙饋風(fēng)電系統(tǒng)做以詳細(xì)的研究，針對(duì)不同故障下，該系統(tǒng)運(yùn)行的技術(shù)支持情況進(jìn)行準(zhǔn)確的把握，以便在系統(tǒng)出現(xiàn)故障問(wèn)題后，即可通過(guò)雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以保證電網(wǎng)健康的運(yùn)行。

[1] 張迪.電網(wǎng)故障情況下雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)直接功率控制策略研究[D].燕山大學(xué)，2015.

[2] 張梅.雙饋風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越技術(shù)研究[D].南京師范大學(xué)，2016.

[3] 張梅，李先允，吉同舟，等.雙饋風(fēng)電系統(tǒng)低電壓故障保護(hù)方法的研究[J].電氣技術(shù)，2016（6）：51-55，61.

[4] 張隆，楊俊華，陳思哲，等.雙饋風(fēng)電系統(tǒng)低電壓故障下無(wú)功控制方法研究[J].電測(cè)與儀表，2015（14）：66-70，109.

[5] 杜寶星，劉觀起，楊玉新，等.電網(wǎng)電壓跌落時(shí)雙饋風(fēng)電系統(tǒng)無(wú)功支持策略[J].電氣技術(shù)，2012（12）：1，2-4.