首页 理论教育探讨1.5.1LVRT技术研究的必要性

探讨1.5.1LVRT技术研究的必要性

【摘要】:当风力发电容量相对较小时,在电网发生扰动时,风电机组所采取的多是自我保护的措施,即在Crowbar电路动作后,风电机组脱离电网,直到电网电压恢复正常时,风电机组再次投入运行。为了风力发电能够得到大规模的应用,并网风力发电机必须具备LVRT能力,因此对目前广为应用的双馈型风力发电机LVRT技术的研究受到了国内外的广泛关注。

随着风力发电装机容量的不断扩大,电力部门对风力发电机(或者风电场)提出了一系列的要求,主要包括:电网频率控制、无功功率和电网电压控制、低电压穿越(LVRT)控制以及电能质量控制等。对于双馈型风力发电机而言,由于在双馈发电机的定子电压方程中含有两个欠阻尼极点,并且其自然振荡频率在工频附近,而且双馈发电机的定子直接与电网相连接,因此在电网电压发生跌落故障时会造成双馈发电机定子磁链的振荡,进而使得定子磁链中含有直流成分,对不对称电网电压跌落还会含有负序成分。由于风力发电系统中双馈发电机的转速通常较高,这一较高的转速相对于定子磁链中的直流成分和负序成分而言,均具有较大的转差率,因此导致了转子回路的过电流过电压。由于变换器中电力电子器件的耐压和过电流能力的限制,使其难以承受双馈发电机这一严重的过渡过程,为了保护转子侧变换器,通常采用Crowbar电路对其进行保护,即所谓的撬棒保护电路。

当风力发电容量相对较小时,在电网发生扰动时,风电机组所采取的多是自我保护的措施,即在Crowbar电路动作后,风电机组脱离电网,直到电网电压恢复正常时,风电机组再次投入运行。然而,当风力发电容量与常规电厂容量相比不可忽略时,在电网出现故障的情况下,所有的风电机组都同时脱离电网,而不能像常规能源那样在电网故障的情况下对电网提供频率和电压的支撑,那么将会给电力系统的安全运行带来不利的影响。为了能使风力发电得到大规模的应用,而且不会危及电网的稳定运行,当电网发生电压跌落故障时,在一定范围内,风电机组必须不脱离电网,并且要像常规电能那样,向电网提供有功功率(频率)和无功功率(电压)支撑,为此电力部门针对风力发电机组并网发电,已经开始出台了一些相关的法规,但目前不同国家甚至同一国家的不同地区可能有不同的规定,并且有些规定还在不断的修改之中。

在图1-7中分别给出了六种典型的电网导则规定风力发电低电压运行能力曲线,纵坐标表示电压幅值,横坐标表示电压跌落持续时间,各分图的主要区别在于电压跌落度和持续运行时间的要求不同。这些特性曲线表明,当电网电压处在图中低电压线以上区域时,风力发电机不得脱离电网,并且必须按要求向电网提供有功功率和无功功率的支持。为了风力发电能够得到大规模的应用,并网风力发电机必须具备LVRT能力,因此对目前广为应用的双馈型风力发电机LVRT技术的研究受到了国内外的广泛关注。目前我国也开始制订类似的风力发电系统运行标准,例如,国家电网公司于2009年制定了《国家电网风电场接入电网技术规定(修订版)》。