浅谈风电场低电压穿越技术
摘要：低电压穿越能力：是指在风机并网点电压跌落时，风机能够保持并网，
对过电压、过电流进行抑制技术，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢
复正常，从而“穿越”这个低电压时段。
关键词：浅谈；风电场；低电压；穿越技术
一．规程与标准
根据《国家能源局关于加强风电场并网运行管理的通知》（国能新能【2011】182号），风电机组应严格按照《风电机组并网检测管理暂行办法》的要求，具
备低电压穿越的能力，并通过有关机构的检测认证；对于风电装机容量占其他电
源总容量比例大于5%的省（区域）级电网，该电网区域内运行的风电场应具有
低电压穿越能力。《风电场接入电力系统技术规范》（GB/T 19963—2000）中对
风电场低电压穿越能力的基本要求：
（1）风电场内的风电机组具有并网点电压跌至20﹪额定电压时能够保证不
脱网连续运行625ms的能力。
（2）风电场发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90﹪时，风电场内的风
电机组能够保证不脱网连续运行。
二.发生低电压穿越的原因
针对电网故障引起的故障，通常可以分为电网单相接地故障、电网两相接地
故障、电网两相相间短路故障以及电网三相相间短路故障引起的电压跌落，根据
电力系统运行经验表明，在各种类型的电网故障中，单相接地故障占大多数，容
易引起不对称故障电路，而对于我们风力发电场，除了考虑电网电压的波动，还
应该分析风电场集电线路和风机所对应的箱变等可以引起风电机组网侧电压波动
的因素。
三．永磁同步风力发电机组实现低电压穿越的原理
1. 永磁直驱同步风力发电系统
永磁直驱同步风力发电系统是一种新型发电系统，采用风轮直接驱动多极低
速永磁同步发电机发电，然后通过全功率变流器变换电路，将电能转换后并入电网。
2.全功率变流器
全功率变流器是由发电机侧变流器和网侧变流器两个三相PWM电压型变流
器构成，发电机侧变流器实现对永磁同步发电机的控制，网侧变流器实现输出并网，输出有功、无功功率的解耦和直流侧电压控制，永磁直驱同步风力发电系统
依靠全功率变流器实现高性能控制。
风电机组利用背靠背全功率变流器实现隔离，低电压运行能力上相对双馈型
风力发电机组有一定优势，但是其直流侧也会存在过电压的问题，当电网电压跌
落时，永磁直驱风力发电机组变流器将增加电流，以便提供同样大小的功率给电网，由于变流器的热容量有限，因此必须对输入电流进行限制。
3.关于耗能Crowbar电路的低电压保护方案
风电机组的卸荷电阻通过功率器件与直流侧相连，当系统正常工作时，保护
电路不起作用，当电网电压发生电压跌落故障时，如果风电机组保持正常运行，
那么直流侧输入功率不变，而输出功率随电网电压的跌落而降低，直流侧输入功
率大于输出功率，如果直流侧不采取措施，将导致直流侧电压上升，导致变流器
损坏，为了消除电网短路时故障对风电机组的影响，在直流侧增加了Crowbar电
低电压穿越和电力系统稳定性 风力发电能够顺利地并入一个国家或地区的电网，主要取决于电力系统对供电波动反映的能力。风电机组由于风的随机性，运行时对无功只能就地平衡等原因将对电网造成一定的影响。在过去，我国风力发电所占电力系统供电的比例不大，大型电网具有足够的备用容量和调节能力，风电接入，一般不必考虑频率稳定性问题，当电力系统某处发生电压暂降时风力发电机可以瞬间脱网进行自我保护。但对于先如今，我国风力资源的不断开发。风力发电所占我国电网供电的比例与日俱增就不得不考虑电网电压暂降时风力发电机组脱网给电力系统所带来严重的影响系统的稳定运行这时就需要风电机组具有低电压穿越能力，保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行。 电压暂降：供电电压有效值供电电压有效值突然将至额定电压的10%~90%。然后又恢复至正常电压，这一过程的持续时间为10ms~60s。 低电压穿越，指在风力发电机并网点电压跌落的时候，风机能够保持电压跌落会给电机带来一系列暂态过程, 如出现过电压、过电流或转速上升等, 严重危害风机本身及其控制系统的安全运行。一般情况下若电网出现故障风机就实施被动式自我保护而立即解列, 并不考虑故障的持续时间和严重程度, 这样能最大限度保障风机的安全, 在风力发电的电网穿透率(即风力发电占电网的比重) 较低时是可以接受的。然而, 当风电在电网中占有较大比重时, 若风机在电压跌落时仍采取被动保护式解列, 则会增加整个系统的恢复难度, 甚至可能加剧故障, 最终导致系统其它机组全部解列, 因此必须采取有效的措施, 以维护风场电网的稳定。 电网发生故障(尤其是不对称故障) 的过渡过程中, 电机电磁转矩会出现较大的波动, 对风机齿轮箱等机械部件构成冲击, 影响风机的运行和寿命。定子电压跌落时, 电机输出功率降低, 若对捕获功率不控制, 必然导致电机转速上升[5～7]。在风速较高即机械动力转矩较大的情况下, 即使故障切除, 双馈电机的电磁转矩有所增加, 也难较快抑制电机转速的上升, 使双馈电机的转速进一步升高,吸收的无功功率进一步增大, 使得定子端电压下降, 进一步阻碍了电网电压的恢复, 严重时可能导致电网电压无法恢复, 致使系统崩溃[9, 10] , 这种情况与电机惯性、额定值以及故障持续时间有关。
低电压穿越：当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行。 低电压穿越 英文:Low voltage ride through 缩写: LVRT 低电压穿越（LVRT），指在风力发电机并网点电压跌落的时候，风机能够保持 低电压穿越 并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间(区域)。LVRT是对并网风机在电网出现电压跌落时仍保持并网的一种特定的运行功能要求。不同国家(和地区)所
基本要求 对于风电装机容量占其他电源总容量比例大于5%的省（区域）级电网，该电网区域内运行的风电场应具有低电压穿越能力。 风电场低电压穿越要求 右图为对风电场的低电压穿越要求。 a) 风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20%额定电压时能够保证不脱网连续运行625ms的能力； b) 风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场内的风电机组能够保证不脱网连续运行。 不同故障类型的考核要求 对于电网发生不同类型故障的情况，对风电场低电压穿越的要求如下： a) 当电网发生三相短路故障引起并网点电压跌落时，风电场并网点各线电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，场内风电机组必须保证不脱网连续运行；风电场并网点任意线电压低于或部分低于图中电压轮廓线时，场内风电机组允许从电网切出。 b) 当电网发生两相短路故障引起并网点电压跌落时，风电场并网点各线电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，场内风电机组必须保证不脱网连续运行；风电场并网点任意线电压低于或部分低于图中电压轮廓线时，场内风电机组允许从电网切出。 c) 当电网发生单相接地短路故障引起并网点电压跌落时，风电场并网点各相电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，场内风电机组必须保证
风电机组低电压穿越能力一致性 评估方法（暂行） 国家风电技术与检测研究中心 2011年11月
目录 1 概述 (1) 2 评估流程 (1) 3 书面材料 (2) 4 现场检查 (3) 4.1 工厂检查 (4) 4.2 风电场检查 (4) 5 平台测试 (4) 5.1 变桨系统平台测试 (4) 5.2 发电机平台测试 (7) 6 模型仿真 (8) 7 其他情况 (9) 8 评估报告及证书 (9)
1 概述 本文件将同一制造商生产的基于相同的类型、设计和容量等级，仅零部件配置不同的风电机组，视为是同系列风电机组。 为了简化同系列风电机组并网检测，按照关键零部件对各项检测内容的影响程度，将风电机组并网检测分为现场测试和评估两种方式，如表 1所示。 表 1 风电机组并网检测与评估 ①电能质量 ②功率调节 ③低电压穿越 ④电网适应性 1.主控制系统 测试 测试 测试 测试 2.变流器 测试 测试 测试 测试 3.发电机 测试 测试 评估 评估 4.叶片 测试 评估 评估 评估 5.变桨系统 评估 评估 评估 评估 本文件规定了某一型号风电机组通过低电压穿越特性检测后，在容量不变或降容使用的情况下，同系列其他型号的风电机组，即风电机组在主控制系统和变流器不变的情况下发电机、变桨系统、叶片中任一变化后的低电压穿越性能评估方法和流程。 除表1中所列部件之外的零部件发生变化的，不需要进行测试和评估确定低电压穿越特性。 2 评估流程 同系列风电机组中的某一机型通过低电压穿越特性检测且满足标准要求后，可以通过提供书面材料、现场检查、平台测试、模型仿真的方式，对其他机型的低电压穿越特性进行评估。同系列风电机组低电压穿越特性评估证书出具的完整流程如图 1所示。流程通过后，可以申请评估机构出具的最终评估报告及证书。
简述风电机组低电压穿越技术要求及 实现方式 （赵矛） 发生在今年的多次风电机组大范围拖网问题引起了电 力行业对于风力发电的稳定性和安全性的重点关注。2月24日，中电酒泉风电公司桥西第一风电场出现电缆头故障，导致16个风电场598台风电机组脱网。国家电监会认为此次事故是近几年中国风电“对电网影响最大的一起事故”；4月17日，甘肃瓜州协合风电公司干河口西第二风电场因电缆头击穿，造成15个风电场702台机组脱网。同日，在河北张家口，国华佳鑫风电场也发生事故，644台风电机组脱网；4月25日，酒泉风电基地再次发生事故，上千台风机脱网。关于事故的原因，主要矛头直指很多风电机组不具备低电压穿越能力。这轮事故频发的几大风电基地更是被指70%的机组不具备低电压穿越能力。本文对风电机组的低电压穿越进行简述。 当电力系统中风电装机容量比例较大时，电力系统故障导致电压跌落后，风电场切除会严重影响系统运行的稳定性，这就要求风电机组具有低电压穿越（Low Voltage Ride Through，LVRT）能力，保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行。风电机组应该具有低电压穿越能力，而对于风
电机组的低电压穿越能力具体技术要求指标如下： a）风电场必须具有在电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行620ms的低电压穿越能力； b）风电场电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场必须保持并网运行； c）风电场升压变高压侧电压不低于额定电压的90%时，风电场必须不间断并网运行。 风电机组低电压穿越能力的深度对机组造价影响很大,这也是之前很多机组不具备低电压穿越能力或者低电压穿越能力技术指标不能达标的原因。通过此次大范围的风电机组拖网事故表明根据实际系统对风电机组进行合理的低电压穿越能力设计很有必要。 结合此轮事故的调查，及行业内通过对变速风电机组低电压穿越原理进行理论分析,对多种实现方案进行比较。在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/PowerFactory中建立双馈变速风电机组及电压穿越功能模型。详细分析系统故障对风电机组机端电压的影响,依据不同的风电场接入方案计算风电机组电压穿越能力的电压限值,对风电机组进行合理的电压穿越能力设计等多种技术手段及分析。结果表明,风电机组电压穿越能力的深度主要由系统接线和风电场接入方案决定。设计风电机组电压穿越能力时,机组运行曲线的电
浅谈风电场低电压穿越技术 摘要：低电压穿越能力：是指在风机并网点电压跌落时，风机能够保持并网， 对过电压、过电流进行抑制技术，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢 复正常，从而“穿越”这个低电压时段。 关键词：浅谈；风电场；低电压；穿越技术 一．规程与标准 根据《国家能源局关于加强风电场并网运行管理的通知》（国能新能【2011】182号），风电机组应严格按照《风电机组并网检测管理暂行办法》的要求，具 备低电压穿越的能力，并通过有关机构的检测认证；对于风电装机容量占其他电 源总容量比例大于5%的省（区域）级电网，该电网区域内运行的风电场应具有 低电压穿越能力。《风电场接入电力系统技术规范》（GB/T 19963—2000）中对 风电场低电压穿越能力的基本要求： （1）风电场内的风电机组具有并网点电压跌至20﹪额定电压时能够保证不 脱网连续运行625ms的能力。 （2）风电场发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90﹪时，风电场内的风 电机组能够保证不脱网连续运行。 二.发生低电压穿越的原因 针对电网故障引起的故障，通常可以分为电网单相接地故障、电网两相接地 故障、电网两相相间短路故障以及电网三相相间短路故障引起的电压跌落，根据 电力系统运行经验表明，在各种类型的电网故障中，单相接地故障占大多数，容 易引起不对称故障电路，而对于我们风力发电场，除了考虑电网电压的波动，还 应该分析风电场集电线路和风机所对应的箱变等可以引起风电机组网侧电压波动 的因素。 三．永磁同步风力发电机组实现低电压穿越的原理 1. 永磁直驱同步风力发电系统 永磁直驱同步风力发电系统是一种新型发电系统，采用风轮直接驱动多极低 速永磁同步发电机发电，然后通过全功率变流器变换电路，将电能转换后并入电网。 2.全功率变流器 全功率变流器是由发电机侧变流器和网侧变流器两个三相PWM电压型变流 器构成，发电机侧变流器实现对永磁同步发电机的控制，网侧变流器实现输出并网，输出有功、无功功率的解耦和直流侧电压控制，永磁直驱同步风力发电系统 依靠全功率变流器实现高性能控制。 风电机组利用背靠背全功率变流器实现隔离，低电压运行能力上相对双馈型 风力发电机组有一定优势，但是其直流侧也会存在过电压的问题，当电网电压跌 落时，永磁直驱风力发电机组变流器将增加电流，以便提供同样大小的功率给电网，由于变流器的热容量有限，因此必须对输入电流进行限制。 3.关于耗能Crowbar电路的低电压保护方案 风电机组的卸荷电阻通过功率器件与直流侧相连，当系统正常工作时，保护 电路不起作用，当电网电压发生电压跌落故障时，如果风电机组保持正常运行， 那么直流侧输入功率不变，而输出功率随电网电压的跌落而降低，直流侧输入功 率大于输出功率，如果直流侧不采取措施，将导致直流侧电压上升，导致变流器 损坏，为了消除电网短路时故障对风电机组的影响，在直流侧增加了Crowbar电
低电压穿越能力 低电压穿越能力（Low voltage ride through capability），就是指风力发电机的端电压降低到一定值的情况下不脱离电网而继续维持运行,甚至还可为系统提供一定无功以帮助系统恢复电压的能力。具有低电压穿越能力的风力发电机可躲过保护动作时间,故障切除后恢复正常运行。这可大大减少风电机组在故障时反复并网次数,减少对电网的冲击。 具有低电压穿越能力可保证风电机组在电网故障电压降低的情况下 ,尽最大可能与电网连接 ,保持发电运行能力，减少电网波动。一般 230 kV 或更高电压等级线路的故障，在 6 个周波(120 ms)内被切除 ,电压恢复到正常水平的 15 %需要 100 ms ,恢复到正常水平的 75 %或者更高水平则需要1 s ，LVRT功能是要风电机组在故障电压短时间消失期间 ,保持持续运行的能力 ,如此后电压仍处在低压 ,风电机组将被低压保护装置切除。 低电压穿越能力的具体实现方式 目前实现低电压穿越能力的方案一般有三种：1).采用了转子短路保护技术，2).引入新型拓扑结构，3）.采用合理的励磁控制算法。 1、转子短路保护技术（crowbar电路） 这是目前一些风电制造商采用得较多的方法，其在发电机转子侧装有crowbar电路，为转子侧电路提供旁路，在检测到电网
系统故障出现电压跌落时，闭锁双馈感应发电机励磁变流器，同时投入转子回路的旁路（释能电阻）保护装置,达到限制通过励磁变流器的电流和转子绕组过电压的作用，以此来维持发电机不脱网运行（此时双馈感应发电机按感应电动机方式运行）。 2、新型拓扑结构包括以下几种：1).新型旁路系统 2).并联连接网侧变流器 3).串联连接网侧变流器 3、采用新的励磁控制策略 从制造成本的角度出发，最佳的办法是不改变系统硬件结构，而是通过修改控制策略来达到相同的低电压穿越效果：在电网故障时，使发电机能安全度越故障，同时变流器继续维持在安全工作状态。
背景 近几年来我国的风力发电机组装机容量始终在快速增加，并呈现逐年递增的趋势，其安装的类别大致可分为以下两种：恒速恒频风电机组和变速恒频风电机组[5]。VSCF(Variable Speed Constant Frequency,变速恒频)风电机组能够使风力机随着因风速变化引起的捕捉风能的变化而改变发电机的转速，这样的柔性控制策略的优点是：使风机能够吸收阵风的能量；减少传动杆的机械应力；同时可以让风力机最大程度的捕获风能，从而提高风力机风能利用率。正是因为这些优点是CSCF(Constant Speed Constant Frequency,恒速恒频)风电机组无法与VSCF风电机组相比的，所以VSCF技术是目前国内外风电研究领域的热点。在VSCF机组之中，还有两大分支，分别是双馈感应异步发电机风电机组和直驱永磁同步发电机风电机组。 DFIG(Doubly Fed Induction Generator,双馈感应异步发电机)是早期大量建设的机组，至今仍占据风电市场的大半份额，是现在VSCF机组中的主流机组。DFIG 要满足并网发电的要求，其发电机转速必须要高，但风力机的转速达不到要求的高速，故风力机与发电机之间通过升速齿轮箱连接，使其可以在低风速条件下提高转速，满足发电要求。但是升速齿轮箱以及发电机中碳刷和滑环的存在会使系统结构复杂，不便维护与维修。 D-PMSG(Direct-Driven Permanent Magnet Synchronous Generator,直驱永磁同步发电机)是近几年才发展起来了的机组，以永久磁铁励磁代替电励磁，同时用增加磁极对数的方法解决低风速下发电问题，抛弃了升速齿轮箱，减少了中间环节的传动部件，简化了系统结构，缩减了维修费用，从而使系统的可靠性得以增加。并且机组采用了全功率PWM变流器，提高了机组发生电网故障时的抵抗能力，由此可知D-PMSG将会成为VSCF机组未来的发展趋势[6]。 由于电力电子变流器拓扑结构的多样性，直驱型变速恒频发电系统中间的交流到交流变流器环节的构造可以不同，其中D-PMSG采用的变流器环节可以根据风电机装机容量的不同，分为低压变流环节和中压变流环节两种。低压变流环节的D-PMSG机组工作的电网电压等级基本在690V以下，多选用双电平结构；中压变流环节的D-PMSG机组工作的电网电压等级基本在690V以上，基本都选用多电平结构。如今风电机组的工作电压等级通常在690V左右，多是低压变流环节的D-PMSG机组，其中较普遍的拓扑结构主要有以下两种[16]，分别如图2.1和图2.2所示。 如图2.1所示的系统中采用了back-back型双PWM变流器拓扑结构，也即“机侧整流器+电压源型网侧逆变器”的拓扑结构。
中国清洁能源博览会/ 2010亚 清洁能源与并网技 风电机组的低电压穿 2010-06-25 J Ch i t h K hl Jan Christoph Kahlen 亚洲风能大会 技术论坛 穿越测试 Forschungsgemeinsch aft für Elektrische
概要 引言 并网导则要求 一般要求 测试方案的发展 测试设备 主要组件和功能 基本参数
引言–低电压穿越测试的动一般 电 动机 般要求: 电网故障时的行为 电网电压跌落期间与电压强相关的 无功功率发生情况 在确定电压-时间限制下的低电压穿越能力 并网导则由输电网运行商制定 分布式发电设备(例如：风电机组,光伏发电设备) 需要证明符合这些)并网导则 -> 需要制定测试程序和测试设备
并网导则要求－－范例 (欧洲国 电压在曲线以上时，风电机组必 测试必须模拟近端以及远端2相 测试必须在额定功率Pn 的10-3 开发具备离散的电压跌落水平的 国家,基于IEC 61400) 必须保持不脱网 相及3相电网故障 30%和大于90%情况下执行 的测试方案适合于并网导则的具体特点
并网导则要求－－范例(欧洲国 电压在曲线以上时，风电机组必 测试必须模拟近端以及远端2相 测试必须在额定功率Pn 的10-3 开发具备离散的电压跌落水平的 国家,基于IEC 61400) 必须保持不脱网 相及3相电网故障 30%和大于90%情况下执行 的测试方案适合于并网导则的具体特点
并网导则要求－－范例 (欧洲国 电压在曲线以上时，风电机组必 测试必须模拟近端以及远端2相 测试必须在额定功率Pn 的10-3 开发具备离散的电压跌落水平的 多种并网导则 国家,基于IEC 61400) 必须保持不脱网 相及3相电网故障 30%和大于90%情况下执行 的测试方案适合于并网导则的具体特点
几种双馈式变速恒频风电机组低电压穿越技术对比分析1 【作者：不详来源：https://www.doczj.com/doc/76511406.html,/关键字：安迅能 GE 风机点 击数：136 更新时间：2009-02-05】 1 引言 并网风力发电是近十年来国际上发展速度最快的可再生能源技术。并网风力发电机与传统的并网发电设备最大的区别在于，其在电网故障期间并不能维持电网的电压和频率，这对电力系统的稳定性非常不利。电网故障是电网的一种非正常运行形式，主要有输电线路短路或断路，如三相对地，单相对地以及线间短路或断路等，它们会引起电网电压幅值的剧烈变化。 双馈式变速恒频风电机组是目前国内外风电机组的主流机型，其发电设备为双馈感应发电机，当出现电网故障时，现有的保护原则是将双馈感应发电机立即从电网中脱网以确保机组的安全。随着风电机组单机容量的不断增大和风电场规模的不断扩大，风电机组与电网间的相互影响已日趋严重。人们越来越担心，一旦电网发生故障迫使大面积风电机组因自身保护而脱网的话，将严重影响电力系统的运行稳定性。因此，随着接入电网的双馈感应发电机容量的不断增加，电网对其要求越来越高，通常情况下要求发电机组在电网故障出现电压跌落的情况下不脱网运行（fault ride-through），并在故障切除后能尽快帮助电力系统恢复稳定运行，也就是说，要求风电机组具有一定低电压穿越(low voltage ride-through)能力。为此，国际上已有一些新的电网运行规则被提出。例如：德国北部的电力公司(e.on netz公司)要求风电场能够在图1所示的电压范围内(即图中阴影区)不脱网运行[1][33]，电网电压跌落到15%以后风电机组不脱网运行时间须持续达300ms，当电网电压跌落低于曲线后才允许风电机组脱网。这里电压指的是风电场连接点的电压。而为英国部分地区供电的national grid电力公司则要求当高于200kv 的输电线路发生故障时，所有并网运行的电站或风电场必须在140ms内保持不脱网运行[2]。另外苏格兰电力公司(scottish hydro-electric公司)对电网故障时电站或风电场不脱网运行也有类似的要求[3]。
摘要 风力发电机因为电网故障引起网电压跌落到一定值以下并且保持625ms不脱离电网而继续维持运行，并仍能为系统提供有功功率以至少每秒10%额定功率的变化率恢复至故障前的能力称作是低电压穿越能力。 关键词 低电压穿越技术；风电机组；并网
目录 1.低电压穿越技术 (1) 2.低电压穿越特性及与保护动作时间关系 (2) 3.实现低电压穿越需要风电场各种保护的配合 (3) 3.1.风电机组保护 (3) 3.1.1.对于电压越限所进行的保护 (3) 3.1.2.对于频率越限所进行的保护 (3) 3.1.3.对于电流所进行的保护 (3) 3.2.风电机变流器保护 (3) 3.3.箱变保护 (3) 3.4.风电场内部电网保护 (4) 3.5.集电线路的保护 (4) 3.6.母线保护 (4) 3.7.风电场中的主变保护 (4) 3.8.高压母线保护 (4) 3.9.继电保护 (4) 4.风力发电场中的并网技术严格要求 (4)
引言 中国在颁布《在再生能源法》并且实施配套政策后，在2011年颁布国家标准GB/T19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》对低电压穿越技术的明确规定。 是目前主流的风电机组是双馈型和直驱型风电机组，因具有优异的无功和电压控制能力而得到广泛的应用，但由于变流器容量、低电压穿越期间的控制不同，具体情况有差异。国内外对这项技术的研究工作都取得了巨大成果，并且对不同机组提出了多种方案。 风电场电气部分由一次部分和二次部分构成，一次主要包括风电机组、集电环节、升压变电站、厂用电；二次主要包括风电机组监控与保护、箱变监控与保护、变电站监控与保护、线路监控与保护。风电场是由主变、箱变、无功补偿设备、集电线路等组成。 中国在2008年4月9日吉林大范围风电机组切机事故，故障位置从白城至开发变66KV线路（19km），发生两相短路（B-C）。这事故说明即使风电场都具备低电压穿越技术，风电场也有低电压穿越失败的可能，风电场无功补偿装置如果没有具备快速电压调节能力，将会造成大量无功涌入电网。
Technical Paper: Low voltage ride-through testing of wind turbine converters at ABB helps wind turbines meet the requirements of IEC 61400-21 more quickly (by authors Jouko Niiranen, Slavomir Seman, Jari-Pekka Matsinen, Reijo Virtanen, and Antti Vilhunen) Abstract The testing of low-voltage, ride-through capability of wind turbine converters recently has been standardized in the 2nd edition of IEC 61400-21. Thus, testing of the converters produced in the factory is important to shorten the on-site testing time required for meeting the requirements of IEC 61400-21. ABB recently has built a new test facility for its wind turbine converters that is capable of testing those units with up to a 3 MW continuous power rating. A profile of this test facility, and the results of a factory test of a full-power wind turbine drive, follows below. Introduction In order to study the low voltage ride-through (LVRT) behavior of wind turbines, it is necessary to carry out on-site tests and accurate transient simulation analyses, to understand the impact of the power system disturbances on wind turbines in operation. Based on the knowledge obtained from the type test, it is possible to validate the wind park grid code compliance by simulating the overall wind park behavior during the fault. However, on-site testing requires expensive test equipment and personnel to be present in the often remote location of the wind farm. Because the tests are required to be done on several power levels, a correct wind speed must prevail during each test. This means that often considerable time is spent waiting for winds to be suitable for testing. Further, if some problems emerge and require changes in the hardware or software, it may be necessary to start the tests from the beginning. Naturally, significant cost and test-time reductions can be obtained via proper factory testing -- before going to the on-site tests. In factory tests, the wind is replaced by a speed-controlled motor driving the generator. Thus, several tests at multiple power levels can be done in a short time. Also, repeatability of the tests is much better and, thus, it is much easier to pinpoint reasons to any equipment problems, if they are encountered. Because the average power of the turbines now are in the multi-megawatt range, factory testing equipment has to be dimensioned accordingly. Further, ride-through testing according to the most demanding grid codes [1]-[4] and testing standards should be possible. This means that the test equipment has to be flexible enough to provide a multitude of well-controlled voltage levels during the dip. ABB has had longtime facilities to do extensive LVRT factory testing in the drives laboratory of Helsinki, Finland [5]-[7]. Although it was possible to test the most important properties of the wind turbine converters, the voltage levels available were quite limited and did not allow the turbine transformer to be tested with the converters. Thus, it was decided to build a new LVRT testing facility according the latest edition of the IEC 61400-21 [8] testing standard.
低电压穿越（Low voltage ride through，LVRt） 低电压过渡能力：Low V oltage Ride Through ，LVRT ；Fault Ride Through ，FRT 曾称“低电压穿越”。定义：小型发电系统在确定的时间内承受一定限值的电网低电压而不退出运行的能力。 一、风力发电机低电压穿越技术 1、问题的提出 对于变频恒速双馈风力发电机，在电网电压跌落的情况下，由于与其配套的电力电子变流设备属于AC/DC/AC型，容易在其转子侧产生峰值涌流，损坏变流设备，导致风力发电机组与电网解列。在以前风力发电机容量较小的时候，为了保护转子侧的励磁装置，就采取与电网解列的方式，但目前风力发电的容量都很大，与电网解列后会影响整个电网的稳定性，甚至会产生连锁故障。于是，根据这种情况，国外的专家就提出了风力发电低电压穿越的问题。 2、LVRT概念的解释 当电网发生故障时，风电场需维持一段时间与电网连接而不解列，甚至要求风电场在这一过程中能够提供无功以支持电网电压的恢复即低电压穿越。 目前对于风力发电低电压运行标准，主要以德国e.on netz公司提出的为参考。 双馈风力发电机由于其自身机构特点，实现LVRT存在以下几方面的难点：
1）确保故障期间转子侧冲击电流与直流母线过电压都在系统可承受范围之内； 2）所采取的对策应具备各种故障类型下的有效性； 3）控制策略须满足对不同机组、不同参数的适应性； 4）工程应用中须在实现目标的前提下尽量少地增加成本。 3、电网电压跌落后DFIG运行的暂态过程分析（感觉这部分内容需要理论推导） 在电网电压跌落情况下，风电机组中的双馈感应发电机会导致转子侧过流，同时转子侧电流的迅速增加会导致转子励磁变流器直流侧电压升高，发电机励磁变流器的电流以及有功和无功都会产生振荡。这是因为双馈感应发电机在电网电压瞬间跌落的情况下，定子磁链不能跟随定子端电压突变，从而会产生直流分量，由于积分量的减小，定子磁链几乎不发生变化，而转子继续旋转，会产生较大的滑差，这样便会引起转子绕组的过压、过流。如果电网出现的是不对称故障的话，会使转子过压与过流的现象更加严重，因为在定子电压中含有负序分量，而负序分量可以产生很高的滑差。过流会损坏转子励磁变流器，而过压会使发电机的转子绕组绝缘击穿。 二、低电压穿越技术的具体实现 目前的低电压穿越技术一般有三种方案：一种是采用了转子短路保护技术，二种是引入新型拓扑结构，三是采用合理的励磁控制算法。本周我主要看了前两种，以下分别介绍。 1、转子短路保护技术（crowbar电路）
低电压穿越能力是当电力系统中风电装机容量比例较大时，电力系统故障导致电压跌落后，风电场切除会严重影响系统运行的稳定性，这就要求风电机组具有低电压穿越（Low V oltage Ride Through，LVRT）能力，保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行。 风电机组应该具有低电压穿越能力： a）风电场必须具有在电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行620ms的低电压穿越能力； b）风电场电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场必须保持并网运行； c）风电场升压变高压侧电压不低于额定电压的90%时，风电场必须不间断并网运行。 风电机组低电压穿越（LVRT）能力的深度对机组造价影响非常大,根据实际系统对风电机组进行合理的LVRT能力设计很有必要。对变速风电机组LVRT原理进行了理论分析,对多种实现方案进行了比较。在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/PowerFactory中建立双馈变速风电机组及LVRT功能模型。以地区电网为例,详细分析系统故障对风电机组机端电压的影响,依据不同的风电场接入方案计算风电机组LVRT能力的电压限值,对风电机组进行合理的LVRT能力设计。结果表明,风电机组LVRT能力的深度主要由系统接线和风电场接入方案决定。设计风电机组LVRT能力时,机组运行曲线的电压限值应根据具体接入方案进行分析计算。 解决：需要改动控制系统，变流器和变桨系统。国内的标准将是20%电压，625ms，接近awea的标准。 针对不同的发电机类型有不同的实现方法，最早采用也是最普遍的方案是采用CROWBAR,有的已经安装在变频器之中，根据不同的系统要求选择低电压穿越能力的大小，即电压跌落深度和时间，具体要求根据电网标准要求。 风电制造商采用得较多的方法，在发电机转子侧装有crowbar电路，为转子侧电路提供旁路，在检测到电网系统故障出现电压跌落时，闭锁双馈感应发电机励磁变流器，同时投入转子回路的旁路（释能电阻）保护装置,达到限制通过励磁变流器的电流和转子绕组过电压的作用，以此来维持发电机不脱网运行（此时双馈感应发电机按感应电动机方式运行）。也就是在变流器的输出侧接一旁路CRAWBAR，先经过散热电阻,再进入三相整流桥,每一桥臂上为晶闸管下为一二极管，直流输出经铜排短接.当低电压发生后,无功电流均有加大，有功电流有短时间的震荡，过流在散热电阻上以热的形式消耗,按照不同的标准，能坚持的时间要根据电压跌落值来确定。当然，在直流环节上也要有保护装置.详细就不讨论.具体的讨论再联系。FRT的实物与图片可供大家参考。但是大家所提到的FRT只是老式的,新式是在直流环节有保护装置，但输出侧仍是无源CRAWBAR。 Crowbar触发以后，按照感应电动机来运行，这个只能保证发电机不脱网，而不能向电网提供无功，支撑电网电压。现在LVRT能提供电网支撑的风机很少，这个是LVRT最高的level。德国已经制定标准了。最后还是得增加转子变频器的过流
风电低电压穿越介绍 低电压穿越(LVRT)，指在风力发 电机并网点电压跌落的时候，风机能 够保持并网，甚至向电网提供一定的 无功功率，支持电网恢复，直到电网 恢复正常，从而“穿越”这个低电压时 间(区域)。是对并网风机在电网出现 电压跌落时仍保持并网的一种特定的运行功能要求。不同国家(和地区)所提出的LVRT要求不尽相同。目前在一些风力发电占主导地位的国家，如丹麦、德国等已经相继制定了新的电网运行准则，定量地给出了风电系统离网的条件(如最低电压跌落深度和跌落持续时间)，只有当电网电压跌落低于规定曲线以后才允许风力发电机脱网，当电压在凹陷部分时，发电机应提供无功功率。这就要求风力发电系统具有较强的低电压穿越(LVRT)能力，同时能方便地为电网提供无功功率支持，但目前的双馈型风力发电技术是否能够应对自如，学术界尚有争论，而永磁直接驱动型变速恒频风力发电系统已被证实在这方面拥有出色的性能。
低电压穿越- 具备能力 低电压穿越能力是当电力系统中风电装机容量比例较大时，电力系统故障导致电压跌落后，风电场切除会严重影响系统运行的稳定性，这就要求风电机组具有低电压穿越(Low Voltage Ride Through，LVRT)能力，保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行。 风电机组应该具有低电压穿越能力： a)风电场必须具有在电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行620ms的低电压穿越能力; b)风电场电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场必须保持并网运行; c)风电场升压变高压侧电压不低于额定电压的90%时，风电场必须不间断并网运行。
低电压穿越- 对机组造价影响 风电机组低电压穿越(LVRT)能力的深度对机组造价影响很大,根据实际系统对风电机组进行合理的LVRT能力设计很有必要。对变速风电机组LVRT原理进行了理论分析,对多种实现方案进行了比较。在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/PowerFactory中建立双馈变速风电机组及LVRT功能模型。以地区电网为例,详细分析系统故障对风电机组机端电压的影响,依据不同的风电场接入方案计算风电机组LVRT能力的电压限值,对风电机组进行合理的LVRT能力设计。结果表明,风电机组LVRT能力的深度主要由系统接线和风电场接入方案决定。设计风电机组LVRT能力时,机组运行曲线的电压限值应根据具体接入方案进行分析计算。 解决：需要改动控制系统，变流器和变桨系统。中国的标准将是20%电压，625ms，接近awea的标准。 针对不同的发电机类型有不同的实现方法，最早采用也是最普遍的方案是采用CROWBAR,有的已经安装在变频器之中，根据不同的
低电压穿越详解 前言 当电网的电源由于电压过低或者切换调配供电导致风电场不能正常工作而停机，被停止工作后的风电场相对形成一个比电网的阻抗较大的负载或电源。当电网再次可以向风电场供电时，这时电网和风电场双方之间的阻抗不再是相等的，换句话说，这时己经造成了电网和风电场之间的严重不匹配现象。这时如果想要让风电场和电网间的相位一致则必须利用风机的力量强制将风机的相角前移180度，此时导致的后果是造成风机的机械传动部分严重超载，由此经常引起的事故是导致齿轮箱的损坏或者其它导致其它机械部件的损坏.因为这个相位差可造成比发电机短路电流值的2倍还要多，如果换算成转矩，则相当于发电机正常工作转矩的4倍的峰值转矩.这样发生齿轮箱及其它机械部件的损坏就是不难理解了. 什么是低电压穿越？ 低电压穿越能力是当电力系统中风电装机容量比例较大时，电力系统故障导致电压跌落后，风电场切除会严重影响系统运行的稳定性，这就要求风电机组具有低电压穿越（Low V oltage Ride Through，LVRT）能力，保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行。 风电机组应该具有低电压穿越能力： a）风电场必须具有在电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行620ms的低电压穿越能力； b）风电场电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场必须保持并网运行；
c）风电场升压变高压侧电压不低于额定电压的90%时，风电场必须不间断并网运行。 风电机组低电压穿越（LVRT）能力的深度对机组造价影响很大,根据实际系统对风电机组进行合理的LVRT能力设计很有必要。对变速风电机组LVRT原理进行了理论分析,对多种实现方案进行了比较。在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/PowerFactory中建立双馈变速风电机组及LVRT功能模型。以地区电网为例,详细分析系统故障对风电机组机端电压的影响,依据不同的风电场接入方案计算风电机组LVRT能力的电压限值,对风电机组进行合理的LVRT能力设计。结果表明,风电机组LVRT能力的深度主要由系统接线和风电场接入方案决定。设计风电机组LVRT能力时,机组运行曲线的电压限值应根据具体接入方案进行分析计算。 风电机组低电压穿越（LVRT）能力的深度对机组造价影响很大,根据实际系统对风电机组进行合理的LVRT能力设计很有必要。对变速风电机组LVRT原理进行了理论分析,对多种实现方案进行了比较。在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/PowerFactory中建立双馈变速风电机组及LVRT功能模型。以地区电网为例,详细分析系统故障对风电机组机端电压的影响,依据不同的风电场接入方案计算风电机组LVRT能力的电压限值,对风电机组进行合理的LVRT能力设计。结果表明,风电机组LVRT能力的深度主要由系统接线和风电场接入方案决定。设计风电机组LVRT能力时,机组运行曲线的电压限值应根据具体接入方案进行分析计算。 低电压穿越技术系统构成 检测平台的主设备户内安装，核心部件包括电抗器组合、断路器组合、控制系统、测量系统四部分：其中电抗器采用国际知名品牌西门子或施耐德公司设计和生产；断路器组合采用国际知名品牌西门子、施耐德或ABB公司产品。
风机低电压穿越资料 据电监会通报，2月24日，甘肃中电酒泉风力发电有限公司桥西第一风电场因一个开关间隔的电缆头故障绝缘击穿，造成三相短路，导致包括这个风电场在内的10座风电场的274台风电机组因不具备低电压穿越能力在系统电压跌落时脱网，引起系列反应，最终本次事故脱网风机达598台，损失出力占到事故前酒泉地区风电出力的54.4%，造成西北电网主网频率由事故前的50.034赫兹降至最低49.854赫兹。 4月17日早晨4点51分，甘肃瓜州中国风电协和干西第二风电场一个箱变高压侧电缆头击穿、一个箱变电缆三相连接处击穿，引起系列反应，电压低于80%额定电压持续时间320毫秒，造成瓜州地区700台风机脱网，损失出力101万千瓦，电网频率最低至49.815赫兹。 甘肃这两起风机脱网事故都是由不起眼的电缆头引起的，但咎其根本原因是风电机组在低电压穿越能力方面的缺陷。 一、风电场低电压穿越技术规定 国家电网公司企业标准如下： 1、基本要求 图1为对风电场的低电压穿越要求。 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 -101 234时间 (s)电网故障引起电压跌落要求风电机组不脱网连续运行风电机组可以从电网切出0.625并网点电压(p u ) 图1 风电场低电压穿越要求 a.风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20％额定电压时能够保
证不脱网连续运行625ms的能力； b.风电场并网点电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90％时，风 电场内的风电机组能够保证不脱网连续运行。 2、不同故障类型的考核要求 对于电网发生不同类型故障的情况，对风电场低电压穿越的要求如下： a.当电网发生三相短路故障引起并网点电压跌落时，风电场并网点各线电压 在图中电压轮廓线及以上的区域内时，场内风电机组必须保证不脱网连续运行；风电场并网点任意一线电压低于或部分低于图中电压轮廓线时，场内风电机组允许从电网切出。 b.当电网发生两相短路故障引起并网点电压跌落时，风电场并网点各线电压 在图中电压轮廓线及以上的区域内时，场内风电机组必须保证不脱网连续运行；风电场并网点任意一线电压低于或部分低于图中电压轮廓线时，场内风电机组允许从电网切出。 c.当电网发生单相接地短路故障引起并网点电压跌落时，风电场并网点各相 电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，场内风电机组必须保证不脱网连续运行；风电场并网点任意一相电压低于或部分低于图中电压轮廓线时，场内风电机组允许从电网切出。 3、有功恢复 对电网故障期间没有切出电网的风电场，其有功功率在电网故障清除后应快速恢复，以至少10％额定功率/秒的功率变化率恢复至故障前的值。 二、目前国内并网机组低电压穿越能力现状 目前中国风电场风电机组普遍不具备低电压穿越能力，由中国电科院新能源研究所所长王伟胜获悉，目前已通过中国电科院低电压穿越能力检测和功率特性测试的仅有6家公司的6种机型，其中还有两家是外企，国内风机制造企业具备低电压穿越能力的有华锐、金风和东方电气等。 据电监会通报，2月24日，甘肃中电酒泉风力发电有限公司桥西第一风电场因一个开关间隔的电缆头故障绝缘击穿，造成三相短路，导致包括这个风电场在内的10座风电场的274台风电机组因不具备低电压穿越能力在系统电压跌落时脱