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双馈风电机组暂态特性分析及低电压穿越方案
双馈风电机组暂态特性分析及低电压穿越方案
摘要
双馈风电机组作为目前最常见的风力发电机，具有开路电压低、工作效率高等优点，在零电压穿越发生时，暂态特性因受到风电功率的影响较为复杂。本文将从双馈风电机组的结构、工作原理入手，结合电机的电气特性，分析其电压波动等暂态特性，并提出一种针对低电压穿越的保护方案。
关键词：双馈风电机组；暂态特性；低电压穿越；保护方案
一、引言
如今，风力发电逐渐成为世界各国重点发展的清洁新能源之一。作为风电机的核心部分，风电机组由于具有体积小、效率高等优点，因此得到了广泛的应用。
双馈风电机组作为风电机组的一种形式，其具有开路电压低、工作效率高等优点，因此在发电领域得到广泛应用。但是在运行过程中，由于电力系统中发生的电压暂态变化以及风电功率的影响，双馈风电机组的暂态特性十分复杂，这使得双馈风电机组暂态特性分析及低电压穿越保护方案的研究显得尤为重要。
本文将先介绍双馈风电机组的结构、工作原理，之后分析其电压波动等暂态特性，并针对低电压穿越情况进行保护方案的设计。
二、双馈风电机组结构及工作原理
双馈风电机组由风轮、转子、定子、双馈轮、电子器件等部分组成。
当风力作用于风轮时，风轮带动转子转动，转子是双馈风电机组的核心部分，它由永磁体、转矩电机和双绕组变压器组成。其中，永磁体产生磁场，转矩电机产生电动势，而双绕组变压器的作用是将发电机的输出电压提高到电网输出电压的水平。
定子是由三相激励电流产生的旋转磁场而感应出的，定子也是双馈风电机组的重要部分。双馈轮作为机组的一部分，其作用在于使得转矩电机对转子输出的电流具有峰值的控制。
电子器件包括单相全桥可控整流器、三相可控双馈电机及控制器等，它们的作用是控制交流电、整流直流电并将功率传送到电网中。
整个风电机组的工作原理可以概括为：风轮-转子-定子-双馈轮-变压器-电子器件，最后实现了风能的转化为电能，从而实现了可持续性发电的目的。
三、双馈风电机组暂态特性分析
在电网的运行中，经常会遇到如短路、低电压穿越等因素而引起的电压暂态变化，这些因素对双馈风电机组的电气特性和机械特性均有影响。下面将分析在双馈风电机组运行中可能会发生的电压波动等暂态现象。
1.电压闪变
电压闪变是指电压在短时间内发生较大变化的现象，该现象将对双馈风电机组造成较大的影响。电压闪变的主要原因是系统中电动机的变化和电源本身的不稳定。
2.电机失速
电机失速即指风电机在运行过程中由于某种原因导致转速降低或停止旋转。在双馈风电机组中，电机失速会引起转子和定子之间的热量及电磁力的变化，影响风电机的正常运行。
3.短期功率波动
短期功率波动是指风电机在运行过程中由于气象等因素发生的瞬时变化。这种变化将直接影响风电机的功率和发电效率，降低发电转化的效率。
以上三种暂态情况都会对双馈风电机组的电气特性和机械特性产生影响，进而影响其正常运行。下面将针对低电压穿越提出一种保护方案。
四、低电压穿越保护方案
低电压穿越是指电压在短时间内发生较大变化时，电网中的电压会降低到极低的水平。这种现象将对双馈风电机组造成较大的影响，因此需要采取相应的措施进行保护。
现有的低电压穿越保护方案主要有：电压调节器、断路器和并联电容器等。其中断路器的作用是将低电压穿越的电压隔离，防止损坏风电机组的主要元件；而电压调节器和并联电容器的作用则是通过改变电压调整电压偏移，保证风电机组正常运行。
由于双馈风电机组的暂态特性较为复杂，因此需要结合具体运行情况进行低电压穿越保护方案的设计。例如，在双馈风电机组中可以采用并联电容器的方式保护，使得电容器可以帮助发电机提供无功功率，从而保持电压的稳定性，避免低电压穿越所带来的危害。
五、结论
本文对双馈风电机组的结构、工作原理进行了介绍，并分析了在双馈风电机组运行中可能发生的电压波动等暂态特性。在针对低电压穿越的保护方案中，本文提出了采用并联电容器进行保护的方法，以确保双馈风电机组在遇到电压变化的情况下能够正常运行。