摘要：在近几年时间内，改革开放有了很大的效果，使得我国的经济水平有了很大的增长空间，与此同时，对能源的需求量也日趋增多。所以，寻找、开发新能源的问题刻不容缓，其中风力发电对环境的环保性有很大的帮助作用，适合目前社会发展的要求。风力发电在使用过程中能够减少污染、涉及面广，并且能够多次使用，由此可见风力发电能够起到保护环境的作用。双馈异步风力发电机在风力发电过程中饰演着很重要的角色，但该机组在并网使用时会有很多问题，下文就其存在的一些热点问题召开了研究，希望文章的论述能够对该机组并网运行提供帮助。
关键词：双馈异步风力发电机；并网运行；常见问题
在我国科学家努力的成果下，我国在风力发电机方面的研究有了很大的成果，已能占据世界位置前列，但其在风机并网的使用中仍然存在不足，这就导致我国双馈异步风力发电机并网运行的发展出现了阻碍。要想充分利用新能源，则要对机组电网的运行进行控制以及保护。文中研究探讨了该发电机在并网运行中经常出现的问题，从而提升双馈异步风力发电机并网的运行状况。
一、风力发电系统的内容
1.1什么是风力发电系统
风力机作为风力发电系统的必要设备，市场现存设备的风力机的样式和设备种类很多，根据风力机的风轮结构、气流位置等可以分为两种结构：垂直轴风力机和水平轴风力机。垂直轴风力发电机风向和风轮旋转的平面互相垂直，水平轴发电机风力机的风轮围绕着一个水平轴旋转。由于水平轴风电机叶片相对较小，相同输出功率下风速风机比低速风力机轻，更加适合于发电。垂直轴风力机可以接收不同方向的风发电，不需要对风吹发电，但垂直轴风力机无法自动启动且效率普遍较低。
1.2原理
双馈发电机的定子与供电网络相连，而转子则先与双脉冲宽度调制变流器相连，然后再接入相应的供电网络中。所以，与发电机的定子端相关的电力参数不会变化，与转子端相关的电力参数可以通过双脉冲宽度调制变流器进行调节。另外，在整个工作过程中，发电机的转子部分通过交流电完成励磁过程，这保证了发电机具有足够的稳定性和较强的适应能力，同时对于降低发电成本来说也具有重要意义。
根据定子磁场转动速率与转子磁场转动速率的关系，这类发电机的运转模式一般分为以下几种：
超同步模式。在定子磁场转动速率低于转子磁场转动速率的情况下，转轴的输出功率高于定子磁场运动所产生的功率。而转子所在电路不但不需要供电网络提供直流励磁电流，还能够借助双脉冲宽度调制变流器为供电网络供给电能。因此，在这种工作模式下，发电机能够同时利用定子所在电路与转子所在电路向供电网络输送电能。这种模式即为发电机的正常工作模式。
同步模式。在定子磁场转动速率与转子磁场转动速率相等的情况下，转轴的输出功率也与定子磁场运动所产生的功率不相上下。此时，发电机只能利用定子所在电路向供电网络提供电能，而转子所在电路不能参与其中，只能接受供电网络所提供的直流励磁电流。这种状态下，三者转动速率相同，因此，发电机以同步模式进行工作。
亚同步模式。当定子磁场转动速率高于转子磁场转动速率时，转轴的输出功率低于定子磁场运动所产生的功率。因此，在这种工作模式下，供电网络需要借助双脉冲宽度调制变流器为转子所在电路供给电能，而电能输送任务由定子所在电路一方承担。这种工作模式又叫做补偿发电模式。
实际应用中，双馈式发电机的工作模式与环境因素有关：在风力较小的情况下，发电机以亚同步模式工作；而在风力足够时，发电机就会以正常状态（超同步模式）进行工作。
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二、双馈异步风电发电机并网运行危害
2.1 电网电压低落与骤升
电网故障一般出现在电力输出系统之中，其故障的类型一般分为：单相对地短路、三相电压等幅跌落、两相对地故障以及相间电压故障。高压端堆成故障使得DFIG低端三相电压呈现出对称跌落，并且还存在着正序电压成分。电网电压跌落会使得电力系统的高压端某处电压出现瞬时骤降10%～90%。电网的电压骤升和骤降会造成电网无功功率过剩，导致电网电压升高超出额定值，若电网电压三相不平衡和低次谐波畸变会导致并网 DFIG 输出功率、电磁转矩产生2倍频脉动，输出电流不平衡且谐波畸变，严重时导致电网不稳 定、风电机组脱网，因而电网电压不平衡条件下的 DFIG 运行控制显得十分重要。
2.2 三相不平衡问题
三相电网发生短路会造成DFIG机端产生三相电压不均衡，分解出正负序两种电压成分。可采用负序电压和正序电压比值作为衡量电网平衡水平，根据国家电网质量标准判定指出，电网电压允许长时间存在着2%的稳态不平衡状态。电网电压不平衡会引起输入的GSC三相交流电的出现极不平衡状态，造成了输向电网无功率、有功与直流环节电压中存在着二倍电网频率波动。直流电压的二倍频波不仅会引起转子励磁电流谐波而且还会引起RSC控制的准确度。
三、双馈异步风电发电机并网运行策略
3.1 空载并网
双馈异步风电发电机空在并网方式其主要是在发电机定子侧不带负载，直接将电机接入电网，向电网供电处理并且适用于大型风电场中。双馈电机定子的输出电压还未被送入到电网之前，向电网供电适合于大型风机电厂。双馈电机定子输入的电压未被送入电网时，电机的定子处于和电网断开状态，主要由转子变换器励磁。直到满足并网条件，定子的输入电压频率、电网电压、幅值和相位等均一致，电机的定子与电网连接。空载并网模式的原理比较清晰，控制方式比较简单，并网过程中对于定子的冲击力相对较小，电机转子电流保持平稳。
3.2 负载并网
负载并网方式和空载并网方式其本质区别就在于负载并网方式的双馈风力发电机定子侧带了负载。实验室采用三相变阻器作为双馈电机负载，当负载的两端电压满足并网条件的时候，才能够被允许并网。负载并网模式和空载的并网模式一样，负载并网可以实现无冲击电流并网。负载并网之后，风力发电系统一般具有两种运行模式：（1）双馈电机不带负载运行；（2）双馈风力电机继续带负载运行。
3.3 变换器控制策略
双馈风力发电系统中存在着交流、直流励磁变换器工作状态切换，其切换状态主要由DFIG运行区域决定。若DFIG处于超同步运行工作状态，转子不需要通过直流环节释放能量，转子侧变换器进行定向矢量控制，将DFIG转子回馈的转差功率整流成为直流电向直流母线电容充电，使得直流环节的电压上升。当DFIG处于亚同步运行状态时，转子需要从直流环节吸收能量，转子侧变换器在磁场定向矢量控制下保持逆变工作状态，直流环节的电容由于放电会导致两端的致力于电压有下降趋势。电网运行过程中为了确保其运行的稳定性，在电网电压定向矢量控制下侧变换器的工作处于整流状态。因此定子磁链定向矢量控制可实现对侧变换器和电网电压定向矢量控制下的网侧变换器的共同作用，两个变换器工作状态随着DFIG转速的改变而自动切换到适合的运行状态。
四、结束语
随着电网改革制度不断深入发展，对于电力行业产生了巨大的影响。双馈异步风电发电机在并网运行的时候存在着很多问题，本文针对一些热点问题进行分析，提出了双馈异步风电发电机并网运行策略，希望通过本文的研究能够为电网并网运行提供有效参考。经过本次的研究，笔者认为针对风机并网运行故障要进行细致分析，然后根据故障的产生原因以及机理来采取应对性措施以此来提升工作效率和并网运行质量。
参考文献：
[1]李鸿博 联网运行风力发电系统的动态建模方法综述[J]电机与控制应用 2015
[2]郑景文 双馈式风力发电机并网与解列控制及仿真研究[J]东北电力大学学报 2016
论文作者:郭俊鑫
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/3/4
标签：定子论文; 电网论文; 转子论文; 电压论文; 变换器论文; 发电机论文; 风力论文; 《基层建设》2018年第36期论文;