摘要：风能是一种可循环使用、无污染的天然清洁能源，风力发电机组通过风能的带动将风能转化为电能，完全满足当前社会对于能源生产的环保需求。随着我国风电规模的逐渐扩大，其并网运行被提上了日程，且对电网的运行产生着愈来愈大的影响。风力发电中非常重要的部分就是双馈风力发电机组，但是在其自动化并网运行中还存在着很多问题没有得到妥善解决。有鉴于此，本文对双馈风力发电机组自动化并网运行问题进行了研究。
关键词: 双馈异步发电机；并网运行；热点问题；分析
随着科学技术的进步和推广，许多新兴技术被应用到风能发电中，许多新型的风力发电机组逐渐投入使用。国内许多风力发电厂的发电机组在进行风力发电的过程中较多的使用双馈发电机，在正常使用的过程中经常会出现发电机或者机组的故障，影响风力发电过程。因此需要加强对风力发电机故障的诊断，提高诊断技术，研究更加合理的诊断方法，从而更好更快的处理发电机出现的故障，保障风力发电的正常进行。
1 风力双馈发电机工作原理
1.1 风力双馈发电机工作原理
风力发电的基本原理就是利用风力的推动使风轮的叶片转动，将自然界的风能转化为叶轮转动的机械能，然后转动的机械能经过发电机的磁电作用产生电能。最后再经过变压器进行增压尽可以输送到电网中。对于风力双馈发电机而言，可以利用电机学的理论解释其工作原理。只要将三相对称的交流电通入正常转子的三相对称的电线绕组中，根据电磁理论，就会在发电机的气隙之间产生旋转的电磁场，其中磁场的转速由两方面的因素决定：①通入交流电的频率；②发电机中电机的对数。具体的关系式如下所示：n2 = 60f2/P
通入的电流频率f2越大，对应的流动磁场的转速n2也就越大。通过改变电流频率能够很容易的实现对流动磁场转速的控制。同理，发电机组的电流频率与机组的底子磁场速度也是由存在固定的数量关系。假设电网频率为50Hz 的时候对应的发电机的转速为n1，发电机的转子的转速为n。根据相对速度原理可知，n+n2=n1。那么电流频率f2 =f1-（1-s）n1 p/60=sf1。
所以双馈发电机的风力不同，转速不同的情况下，能够通过对发电机中转子电流频率的控制来维持发电机定子频率的恒定，从而确保平稳发电，实现双馈发电机的变速恒频运行
2 双馈风力发电机组自动化并网问题分析
2.1 三相不平衡问题
DFIG 机端会因为三相电网的短路而出现三相电压的不均衡，将正负序两种电压成分分解出来。目前，我国对电网质量的标准有明确的划分，电网水平的衡量可以通过正序电压比值和负序电压比值来实现，电网电压对长时间存在的稳态不平衡状态是允许的，但需要控制在2%。同时，输入的GSC 三相交流电会因为不平衡的电网电压而产生非常不平衡的情况，导致二倍电网频率波动存在于直流环节电压、有功和无功率中。具有二倍频波致力于电压不仅会对RSC 控制的准确度造成影响，还会引起转子励磁电流谐波的产生。
2.2 电网电压的降低与骤升
通常情况下，电力输出系统中最容易产生电网故障，其主要分为几种故障类型，第一是单相对地短路；第二是三相电压等幅跌落；第三是两相对地故障；第三是相间电压故障。DFIG 低端三相电压会因为高压端对称故障而产生对称跌落的情况，其还会同时具有正序电压成分。另外，电力系统高压端的某处电压会因为电网电压的跌落出现瞬间骤降，其通常为20% ～ 80%。不仅如此，电网的无功功率会因为电网的电压骤升和骤降而产生过剩的情况，导致电网电压大幅度升高，并超出标准值，对DFIG 风电系统造成很大的影响。所以，为了对风电机组和电网的运行安全进行保证，我国对风电并网规范有明确的规定，严格明确风电机组的电网故障不能脱网运行。在几年前，我国电力科学研究院对《风电场接入电力系统技术规定》进行了起草，并将国家标准进行了发布，其中对我国风电场低压穿越要求有详细规定。
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3 风电机组自动化并网运行相关策略
3.1 负载并网
负载并网的双馈风力发电机定子侧具有负载。目前，实验室采用的双馈电机负载为三相变阻器，当负载的两端电压符合并网的相关标准后，才能实现并网运行。同时，负载并网能够将无冲击电流并网有效实现。在负载并网后，常见的风力发电系统主要为两种运行模式，第一是双馈电机不带负载运行；第二是双馈风力电机继续带负载运行。
3.2 空载并网
与负载并网的形式不同，其双馈异步风电发电机是不带负载在发电机定子侧的，其是在电网直接接入电机，是直接向电网进行处理供电，属于目前大型风电场中较为常用的一种方式。当输出电压还没有被双馈电机定子送到电网以前，大型风机电厂更适用于向电网供电。同时，在电压没有送入到电网以前，双馈电机定子是电网断开的状态，并通过转子变化器励磁。当达到并网要求以后，定子的相关要求得到一致，第一是电网电压；第二是幅值；第三是输入电压频率；第四是相位等，并将电网和电机的定子相连接。另外，空载并网模式具有十分清晰的原理，且属于较为便捷的控制方式，定子不会在并网过程中产生太大的冲击力，并能利于保持电机转子电流的平稳。
3.3 变换器控制方法
对直流和交流励磁变化器工作状态切换，其属于双馈风力发电系统中一直存在的，并由DFIG 运行区域来确定其切换状态。如果DFIG 的工作状态属于超同步运行，转子的能量释放不需要通过直流环节来实现，由转子侧变换器来定向矢量控制，以有效整流DFIG 转子回馈的转差功率，使其成为直流电向直流母线电容充电，以有效上升直流环节的电压。而当DFIG 的运行状态属于亚同步情况时，转子的能量吸收需要通过直流环节来实现，磁场定向矢量控制下的转子，其侧变换器需要继续进行逆变工作状态。同时，由于放电原因，直流环节的电容会出现两端致力于电压的下降状况。而在实际电网运行过程中，运行稳定性要有效保证，侧变压器在电网电压定向矢量控制下，其应当处于整流的工作状态。所以，定子磁链定向矢量控制能够实现网侧变换器共同作用，第一是电网电压定向矢量控制下；第二是侧变换器，而随着DFIG 改变转速，两个变换器的工作状态也会进行自动进行切换，以适应当前的运行状态。
4 需要注意的问题
首先，对电网规范的新要求进行解读，其中包括，第一是低电压穿越中风电变流器的过压和过流保护；第二是无功功率补偿要求；第三是DFIG 暂态保护下的电网高电压状态。其次，由于电网电压三相的不平衡，其会导致并网DFIG 输出功率产生2 倍频脉动，且谐波畸变，更可能对整个电网造成不稳定情况，或者风电机组脱网等。所以，DFIG 的运行控制在电网电压不平衡条件下尤为重要。
5 结束语
总而言之，近年来煤炭、石油等资源逐渐出现枯竭，而且在使用煤炭石油的过程中对自然环境也造成了很大的破坏。新的发展时代，风能资源的使用逐渐受到人们越来越多的关注。风能资源是可以无限次使用的过程性能源，而且在使用中不会造成对环境的污染破坏，在供能方面具有很大的优势。在我国电力行业改革的背景下，基于风力发电双馈发电机在自动化并网运行中存在的一些问题，本文着重分析了其中的三相不平衡和电网电压的降低与骤升两个热点问题，但其在实际并网运行中还存在很多其他问题，还需要展开更多、更深层次的研究。而要有效提高并网运行质量和工作效率，必须对风电机并网运行的故障进行全方位分析，并根据其机理和原因定制针对性的应对策略。
参考文献：
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论文作者:姚利
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/12
标签：电网论文; 电压论文; 发电机论文; 变换器论文; 转子论文; 定子论文; 负载论文; 《电力设备》2018年第3期论文;