采用电机侧变流器控制器监测电机侧变流器的电流和变流器直流电路的电压,可以让电流限制电路及时采取措施防止低压导致的高电流造成的损害。转子短路保护装置和电机侧变流器控制器是允许风电机组克服低电压事件并保持与电网同步的重要组成部分,可以有选择地从变流器或其他可能被过电流损害的组件中分流过电流,利用电机侧变流器控制器有选择地启动或停止转子短路保护装置,还可以使电机侧变流器中的电流维持在可接受的范围内;例如分流发电机转子和电机侧变流器的过电流,可以将变流器电流维持在安全范围。
主控制器主要用于对整个机组进行控制,包括启动和停止机组,控制发电机输出功率与风速匹配,控制叶片角度与风速匹配以防止超速,实现偏航对风等,通常主控制器可以由可编程控制器(PLC)或其他形式实现。为了实现机组的LVRT功能,主控制器检测低电压情况并做出响应,当主控制器判断低电压事件发生时,可将变桨系统从低压配电系统供电模式切换至UPS供电模式,通过减少机械转矩防止风轮过速。另外,对低电压的响应还包括切断机组非关键系统(如偏航系统)电源,以防止熔断器和断路器等发生故障,而其他负载如加热器和照明装置等对低压具有一定抵抗力,可以不需要断开电源。
投入UPS可以让变桨系统在电压跌落时作短时运行等待电网的电压恢复,还可以在电压降低时向一个或多个传感器供电,保证主控制器可以正常监测机组一些关键的运行点,并及时对超速等严重情况做出响应。
4.实现LVRT的控制流程
图5是双馈风电机组实现LVRT功能的控制流程。

图5 LVRT控制流程简图
在发电机组的并网运行中,低电压检测系统根据接入电网方的具体要求预先设定合适的电压限值(电压的降低程度以额定电压的百分比定义)和低压持续时间,一旦电网电压低于设定的电压限值系统判定为低压事件,立即根据受低压影响的严重等级选择部分器件把它们的供电电源切换为备用电源,目的是保证风电机组运行不脱网,保证主控制器和变流器系统能够采取相应的措施让机组在安全条件下运行,以及切断非关键部件的供电保证这些部件不被过高电流损害。与此同时控制系统还要对发电机转子侧的电流进行监测,一旦电网的低电压持续时间超过设定限值,变流器控制器会启动转子短路保护装置以防功率器件损坏。只有当低压事件结束后发电机输出功率被重新提升,主控制器才将系统切换至正常工作状态。
5.结束语
通过对双馈风电机组实现LVRT的应用技术分析,可以看出当电网电压跌落至较低水平时,采取软硬件互相支持的方式可以满足机组的低电压穿越功能,提高机组的输出能力和一定程度上稳定电网,有效提高机组输出的电能质量。文中方法目前虽然还处于研究阶段,但其中的一些方法已经在实际产品中得到应用。随着风场装机容量的不断增大,电网一定会对风电机组LVRT提出标准要求,与发电机组并网运行的相关的测试、评估环境也将会越来越完善。
来源:上海清洁能源研究与产业促进中心