电网挑战下的技术创新之路

在新能源领域，并网风力发电以其迅猛的发展势头成为全球关注的焦点。与传统发电设备相比，并网风力发电在电网故障面前，却面临着无法维持电压和频率稳定的挑战，这对电力系统的稳定性构成了严峻的威胁。特别是当电网出现短路或断路等故障时，如三相对地、单相对地以及线间短路或断路，电网电压会剧烈波动。

在此背景下，双馈式变速恒频风电机组因其优异的性能，已成为国内外风电机组的主流选择。然而，当电网故障发生时，传统的做法是立即断开双馈感应发电机与电网的连接，以确保设备安全。但随着单机容量和风电场规模的不断扩大，风电机组与电网的相互作用日益紧密，一旦大规模风电机组因保护机制而脱网，将严重干扰电力系统的稳定运行。

针对这一挑战，皖南电机等企业不断研发新技术，以满足电网对双馈感应发电机更高的要求。即在电压跌落时保持不脱网运行，并在故障排除后迅速恢复电力系统的稳定运行，即具备低电压穿越能力。

为此，国际上已提出新的电网运行规则。如德国e.onnetz公司要求风电场在特定电压范围内不脱网运行，英国nationalgrid公司规定在输电线路故障时，所有并网电站或风电场必须在规定时间内保持不脱网运行。苏格兰电力公司也有类似要求。

为了提升风电机组的低电压穿越能力，皖南电机等企业需研究双馈感应发电机在电网故障与恢复过程中的暂态行为，并采取措施减轻可能的损害。已有研究表明，电网电压跌落会导致转子侧过流和电流振荡，严重时可能损坏转子励磁变流器或导致发电机转子绕组绝缘击穿。

为确保双馈感应发电机及其励磁变流器在电网故障时安全不脱网运行，学术界和工程界已对保护原理和控制策略进行了深入研究。目前，低电压穿越技术主要有三种方案：转子短路保护技术、新型拓扑结构和合理的励磁控制算法。

转子短路保护技术通过在发电机转子侧安装crowbar电路，在电网故障时闭锁励磁变流器并投入旁路保护装置，以限制电流和电压，维持发电机不脱网运行。但这种方法会增加系统成本，且可能导致无功功率的大量吸收，加剧电网电压稳定性问题。

引入新型拓扑结构，如新型旁路系统和串联连接变流器，旨在提高低电压穿越能力，但可能增加系统成本和控制复杂性。

采用新的励磁控制策略，如通过调节励磁控制器参数或引入硬性负反馈，可以在不改变硬件结构的情况下提升低电压穿越能力。然而，这些方法可能仅适用于特定故障情况，且对初始条件敏感。

总之，提升风电机组的低电压穿越能力是确保电网稳定运行的关键。皖南电机等企业通过深入研究保护原理和控制策略，致力于开发出更加高效、经济、可靠的解决方案，以应对日益严峻的电网挑战。