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路斯特:发电变桨控制助力电网穿越高电压

众所周知, 电力系统是由少量的电源及大量的用户端加上电网组成, 电网分成变电、输电、和配电三部分。电厂的发电机发出的电经过电力变压器升高后进行远距离传输,然后通过配电网送到千家万户。

所谓的高电压是怎么产生的呢?


当输电线路空载或轻载运行时,会出现配/用电侧比输电侧电压高的反常现象。输电线路的电压越高,等效对地电容就越大;输电距离越长,等效串联电感就越大。输电线路等效电感、等效电阻和末端对地电容呈现RLC串联电路结构。由于线路电感值比电阻值大很多,根据电压的矢量关系,输电线路会出现末端比首端电压幅值更大的情况。当输电线路传输的有功负载逐渐加大时,此时由于负载的电流增大,通过输电线路的总电流I随之增大,线路等效电阻和电感和电压降也逐渐变大,最终输电线路末端电压小于首端电压。


高电压和新能源有什么关系呢?


在新能源尚未投入使用以前,电力系统中的发电厂一般是水电、火电或核电站,三者使用的均是同步发电机。

 

当同步发电机处于发电状态时,与原动机连接的发电机转子形成一个旋转的磁场,发电子定子输出的三相电流形成另个旋转的磁场。定子旋转磁场影响转子旋转磁场,给转子施加反作用力,阻止转子加速。两者力量均衡时,发电机保持恒定转速旋转。当负载突然减少时,发电机输出电流减少,阻止转子旋转的定子作用力同步减少,所以转子必定加速旋转。多台同步发电机的加速旋转导致系统频率增大,由于负荷电动机的输出功率和频率是三次方正比关系,系统频率导致负荷也同步增大,从而实现了频率和负荷的动态平衡。 

 

新能源机组则不一样,风电直驱发电机和光伏逆变器输出采用的是恒定输出功率的锁相环控制策略。

 

与传统同步发电机不同的是:内部转子的旋转磁场的幅值大小随时可调(等同于同步发电机励磁电流动态可调),内部转子旋转速度与外部电网保持同步。当负载突然减少时,新能源发电机输出电流同步减少,由于没有原动机且采用锁相环控制策略,所以发电机“转子”并不会加速旋转。采用恒输出功率控制策略,当变流器检测到输出电流减少时,会认为交流滤波电感两侧的“电压差”不满足要求,从而调整PWM调制,增大直流电容的等值交流输出电压(等同于增大励磁电流),这就造成了更严重的发电端高电压现象。

 

同时,大量的以新能源风力发电机组为主的发电中心的离能工业发达用电区域相距很远,大量已建和待建的特高压直流输电更加重了高电压问题。


在带有特高压直流输电的电力系统中,直流多种类型的故障(单、双极闭锁,直流线路故障重启动,换相失败等)均会对交流侧电压产生影响。在各种类型的直流故障中,直流受端连续的换相失败往往是导致送端系统过电压持续时间最长、现象最复杂的故障。 直流受端连续换相失败将导致周期性的功率受阻和恢复,由此将会导致出现3~4次周期性送端低电压和高电压现象。


面对高低电压,路斯特能做什么?


路斯特企业是风电变桨核心元器件供应商,期待能与国内主机厂与变桨系统集成商分享其20年来在风电行业及40多年的伺服系统的经验,并带来了全集成式变桨驱动器,能主动应对电网高低电压的冲击。


路斯特全集成式的驱动器将辅助电源、后备能源管理、与风机的主控通讯管理均集成到驱动器内, 将外部电网的高低压变化挡在整流单元之外,同时利用后备电源的能量保证变桨系统作为整台风力发电机的气动安全系统可靠运行, 为风力发电机顺利穿越电网的高电压故障提供可靠保障!

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