2009年9月,在美国德克萨斯州的某风电场发生了一起SSCI事故,造成风力发电机大量跳机以及内部撬棒电路损坏,这是目前公布的第一起SSCI事故,近几年随着我国风力发电的飞速发展,在河北和新疆地区的风电厂也相继出现了类似的SSCI现象。
由于是发生于转子侧变流器与串补线路之间的相互作用,SSCI与发电机组的轴系扭振频率无关,振荡频率完全取决于变流器控制以及电气输电系统的结构,因此不存在固定的振荡频率。此外,由于与机械系统无关,其电压和电流的振荡发散速度远快于传统的次同步振荡[49]。
研究表明,在目前采用的4类风力发电机中,双馈感应风机的SSCI问题最为严重。
3.4 多源、多变换系统的可靠性评估
在过去的几个世纪,电力电子技术的进步大大促进了新能源发电技术的发展,在采用了更加智能的控制策略后,现代电力电子技术使得新能源发电更加具有可控性以及与传统发电厂一样具有主动性。
从图4所示的风力发电技术的发展来看,一方面,为了降低成本,风机的容量和尺寸在逐渐增加;另一方面,图中深色区域表示电力电子在风机容量中的覆盖率,可看出其由早期的不占用风机容量的软启动装置,逐渐发展为仅通过风机容量30%的换流器(双馈感应风力发电机),再到完全通过风机全部容量的换流器(直驱型风力发电机)。而对于光伏系统来说,其已成为一个完全基于电力电子并网发电的系统。电力电子变换器在新能源电力系统中的比重逐渐增大。
图4 风机尺寸与其电力电子装备的发展历程
电力电子变换器比重的增加一方面使得系统更加灵活,另一方面也使得电力系统的可靠性相对下降。现场运行经验表明,电力电子变换器通常是影响新能源电力系统故障率、寿命以及维修成本的最关键设备之一。