李瑞青
（中电投内蒙古新能源有限公司，内蒙古呼和浩特 010000）
变速恒频直驱型风电系统低压穿越技术
李瑞青
（中电投内蒙古新能源有限公司，内蒙古呼和浩特 010000）
随着我国电网建设步伐的加快，对变速恒频型风电的应用提出更高的要求。尤其当前电力系统运行中可能发生的电压突然跌落等情形，极易造成电网的正常运行受到影响且系统设备容易受损。对此通过长期实践研究发现含，引入低压穿越技术可使风电系统的运行更为可靠，其自身低压运行特色成为吸引当前电网建设的主要内容。本文主要对LVRT风电系统的相关概述、低压穿越技术的应用现状以及LVRT未来发展趋势进行探析。
变频恒速 低压穿越 发展趋势
作为当前电网中新型风力发电系统之一，PMSG风电系统在发电机组驱动方面主要以风电机为主，可使系统运行中齿轮箱故障问题得以有效解决，电网在变流器作用下与整个机组保持隔离，这样即使电网发生故障时对系统运行也不会产生较大影响，在实际维护中可减少投入的成本。而其自身优势的发挥主要得益于低压穿越技术的应用，尽管其当前在电网中的应用不够成熟，但未来发展中将趋于完善。
1 PMSG风电系统的相关概述
从现行PMSG风电系统的实际运行原理看，其主要在风力机作用下使风能进行机械能的转化，风向与风速的变化下发电机会逐渐形成原始电能，其中的原始电能在发电机定子作用下会以标准电能的形式存在，此时并网开关可控制风电系统完成脱网或并网等环节。现行低压穿越技术在风电系统中的应用已较为成熟，尤其在变速机组方面表现更为明显，其相比以往恒速机组，尽管在系统成本方面较高，但机组的整体性能无法被忽视，既可实现捕获最大风能的目标且在运行中使机组噪声得以减少。其中低压穿越技术在PMSG系统运行中的应用主要体现在：第一，电网异常情况或故障状态下仍可继续运行，因脱网事故造成的电网裂解情况得以缓解。第二，可为能量的累积营造良好的环境，相应的设备器件如保护功率器可发挥其应有的作用。第三，在电网故障状态下可起到无功功率补偿的作用，具有一定的电网恢复辅助作用［1］。
2 低压穿越技术的应用现状
PMSG风电系统是当前电网建设中应用的新型风电系统之一，其针对自身存在的电压跌落问题，往往利用变流器使发电机进行隔离，以此确保发电机稳定运行。同时，PMSG系统在电网中的应用也具有无功控制的功能，可进行无功功率的补偿。从低压穿越技术的应用现状看，具体表现在以下两方面。
2.1 LVRT在硬件保护电路方面的应用
在电网运行状态正常的情况下，功率器件的形式主要以关断为主，而在电压出现跌落情况下会使功率器件保持开启状态已达到电路保护的目标。这种方式应用的优势在于具有较强的可靠性且操作较为简单，但也存在一定的不足之处，电能将在功率器件执行保护功能时被损耗。对此现状，许多学者在研究中多从直流母线电压着手，采用下限值的方式，起到良好的保护效果，然而应用中发现控制过程极为复杂且需耗费较高的成本。或者采取引入储能装置的措施，使电压跌落或母线过压情况下装置都可进行能量的适时吸收与释放，但这种方式涉及的装置成本极高，在现行电网建设中很难普及。因此，为使系统运行得以保护，便将网侧变流器设置于系统中，通过其低压穿越策略使电网结构形成串联、并联两种结构。应用的优势主要体现在可充分利用电能，解决电能损耗过多等问题。而且电压跌落情况下可直接将补偿电压串联其中，在补偿性能、响应速度等方面都具有极大的优势。但这种方式涉及成本也相对较高，需在未来电网发展中不断完善。
2.2 无功补偿作用的实现
无功补偿策略主要可使短时跌落的情况得以解决。一旦电压跌落使电网发生故障，便需进行无功补偿，此时要求进行无功功率给定值的控制工作已达到无功补偿的目标。但应用中应注意需保证电流应控制在电流等级范围内，若超出标准电流范围将造成功率器件受损，因此这种方式仅适用于短时跌落情况。对此可在无功补偿控制方面进行优化，从电压跌落情况进行变流器无功电流的判断，若电压跌落情况较为严重可通过直流侧卸荷电路进行电压控制，但这种方式应用中存在一定的难点如线路阻抗或检测电网电压等方面的问题。因此这两种方式在无功控制方面都具有一定的优势与不足，可采取二者相结合的方式，对于硬件保护电路、解决电压跌落故障等方面可起到更好的效果［2］。
3 低压穿越技术的发展趋势
LVRT技术应用下应结合风电系统的实际应用现状与现行技术应用存在的不足，其未来发展中将着重从四方面进行：第一，相关技术规范标准的完善。关于LVRT技术在我国电网建设中的应用并不具备较为完善的规范标准，应将风电系统相关内容如开发商或设备制造等方面都应进行技术内容的制定，以此确保技术应用发挥应有的优势。第二，故障检测技术在LVRT中的体现。该技术是保证LVRT技术应用的基础，能够进行跌落故障类型的确定，在此基础上做好装置容量大小的确定工作。第三，切换控制。该技术主要针对切入电路或切出电路问题，可有效控制运行模式的切换。第四，控制技术的应用。控制技术在未来发展中将着重考虑减少硬件的使用，且无需耗费过多的成本便可实现硬件保护电路控制的目标［3］。
4 结语
低压穿越技术在风电系统中的应用是保证系统稳定运行的关键所在。实际应用中应正视风电系统运行的基本原理，立足于现行低压穿越技术应用的优势与不足，在未来发展中注重从故障检测、控制技术以及相关规范标准等方面进行完善，以此使低压穿越技术的作用得以充分发挥。
［1］孟明，靖言，李和明.变速恒频直驱型风电系统低压穿越技术［J］.电工电能新技术，2011，02：53-58.
［2］王飞.变速恒频风电机组低电压穿越研究［D］.华北电力大学，2012.
［3］李利霞.直驱型永磁风力发电系统低电压穿越技术研究［D］.华北电力大学，2013.
