2.1 研究内容
(1)基于永磁同步发电机的背靠背全功率变流器直驱风电系统的数学建模，包括
永磁同步发电机、全功率变流器、为应对电网故障采取的直流侧卸荷电路以及故障前后变桨控制策略，故障前后，风电系统控制策略软件算法实现，采用Matlab仿真工具的S函数编写故障前后的控制算法，便于DSP程序移植，为电机优化控制策略、变流器四象限运行、低电压穿越和对电网进行动态无功补偿等技术提供支持和依据。
(2)电网电压的快速、准确检测是提高风电机组低电压运行特性的先决条件，风
电场出力的间歇性和波动性决定了电网电压瞬间跌落通常伴有不对称和相位跳变；需要提出一种能够提高基波电压正序分量的检测精度，缩短响应时间，同时能提供网侧变流器运行在STATCOM模式所需的电压补偿指令信号和为变桨执行机构提供故障信号。
(3)电网故障前后，变桨控制策略的研究。在电网电压正常时，执行风电机组“通
用”的变桨控制策略；一旦接收到检测环节提供的故障信号，通过执行故障下的变桨策略，最大限度地调节桨距角，来快速减少吸收的风能，提高系统的低电压穿越能力。
(4)永磁同步发电机的优化控制策略，无齿轮箱直驱风电机组通常工作在低速条
件下，电机参数测量不准确或参数随工作条件不同而产生的变化，为使控制策略对电机参数波动和外部干扰具有较强的适应性，同时提高动态响应能力，采用自适应控制对电流控制策略进行改进。
(5)为实现低电压穿越功能，在背靠背变流器直流侧增加由DC-DC双向变换器
和超级电容器构成的Crowbar电路，可以与直流侧电容进行双向能量交换。
正常运行时，调节超级电容器的充放电，使直流侧电压更加稳定；故障情况下，超级电容器可快速吸收直流侧的“故障”电流，维持直流侧电压稳定，并可为网侧变流器运行在STATCOM模式提供更好的“支撑”。
(6)研究电网故障条件下直流侧Crowbar电路与电网侧变流器协调工作的控制策
略，当电网侧变流器能够保证直流侧电压稳定时，不投入Crowbar电路；否则由Crowbar电路来保持直流侧电压稳定。通过直流侧Crowbar电路，使电网故障对风电机组和永磁同步发电机的运行基本不产生影响，当电网故障消
除后，系统能够快速恢复正常运行，并为直驱风电系统的动态无功支持功能提供条件。
(7)电网侧变流器在电网故障前后分别运行于单位功率因数模式和STATCOM模
式。故障时，依据检测环节提供的电压幅值和相位，通过具体的STATCOM 控制策略和直流侧超级电容器控制策略，最大限度地为电网提供无功支持，提高系统的低电压穿越能力。
3.1 研究方案
(1)系统结构和控制策略
图3 背靠背全功率变流器整体结构图
图4 背靠背全功率变流器整体控制结构图
采用图3所示的背靠背全功率变流器永磁同步发电机并网风电系统。全功率变流器由电机侧PWM变流器和电网侧PWM变流器构成，电机侧PWM变流器实现对PMSG的控制，实现有功无功的解耦控制和转速调节；电网侧PWM变流器实现输出并网，输出有功无功的解耦控制和直流侧电压控制；直流侧卸荷电路用于在电网故障条件下保持直流侧电压稳定，由超级电容器和双向DC-DC变换电路构成。图4为背靠背全功率变流器整体控制结构图，采用双DSP分别对电机侧变流器和电网侧变流器进行控制，并在两个DSP之间进行通讯以协调两个变流器之间的工作。
(2)电网电压检测
当电网发生跌落等故障的时候，通过电网电压检测系统，实时准确的检测出电网电压的各项特征量，获取电压故障信号，以便机组能够迅速有效的向电网提供无功功率支持，稳定电网电压，实现低电压穿越能力。
（a）二阶广义积分正交信号发生器（QSG）
(b)电网电压检测电路
图5 电网电压检测系统原理图
图5是电网电压检测系统原理图，主要包括三个基本模块：正交信号发生部分、正序分量计算部分和锁相部分；该系统输入为电网电压，输出为实时的相位角，正序电压分量和故障信号，其中电压相位角用于坐标变换、计算dq轴分量，正序电压作为补偿电压发送给STATCOM系统；依据所测电压判断的故障信号，调节变桨系统的故障控制器。在实际中，使用电网电压跌落发生器，产生各种故障波形，作为电压检测系统的输入，三个基本模块可以通过Matlab软件S函数仿真实现，并用DSP统一编程来模拟该系统，通过实验检测系统输出值，验证系统的可行性与可靠性。
(3)故障情况下变桨控制策略
在电网故障情况下，为使机组具备更优良的适应低电压穿越能力，采用了图6所示的变桨控制策略结构。最大功率模块和零功率模块分别对应最大功率输出和零功率输出所对应的桨距角。故障控制器依据故障信号，将给定进行切换。通常情况下，桨距角由PI来控制(位置1)；当电网发生故障时，故障控制器依据故障
信号，通过零功率模块控制使得桨距角以最快的速度增加至目标值(位置3)。故障结束后，故障控制器依据最佳功率模块控制桨距角以最大速度调整至最佳值(位置2)。当桨距角回到最佳值后，再切换到普通控制器(位置1)。
max ω
图6 故障情况下变桨控制策略框图
(4)基于自适应控制的永磁同步发电机优化控制研究
对于永磁直驱风电系统，通常认为永磁磁通是恒定的，但是由于电机设计、运行条件和其他因素的影响，实际中磁通可能存在一定的波动，对于定子电感、电阻等参数，也会因为运行条件的变化发生偏离，拟采用自适应内模控制，实现电机的电流闭环控制，对永磁同步电机的控制进行优化。通过构建自适应控制模型，可以把这些波动因素集成到控制中，从而获得更加精确的电机参数和更好的电机控制性能，永磁同步电机的自适应内模电流控制原理框图如图7所示。这种控制方法中自适应内部模型的建立是重点，内部模型在电机基本方程的基础上考虑了扰动的影响，记为∧
d ，根据现代控制理论确定自适应率。在扰动条件下，自适应模型通过自适应率的调节可以估计出扰动量对电压的影响，在控制模型中补偿后可以达到理想的控制效果。
图7 自适应内模电流控制器原理图
(5)用于提高低电压穿越能力的直流侧Crowbar电路
A. 正常运行时Crowbar保护电路的作用
风电机组正常运行时，通过直流侧Crowbar电路中储能单元的作用，使直流侧电压更加稳定，对直流侧功率波动进行快速调节；直流侧电压过高时，由直流侧电压对储能单元进行充电，直流侧电压过低时，由储能单元对直流侧电容进行充电，对直流侧提供功率支持。
B. 电网电压跌落时Crowbar保护电路的作用
(a)直流侧超级电容器DC-DC双向变换器电路
(b)相应的控制策略
图8 直流侧超级电容器DC-DC双向变换器电路及控制策略当电网电压发生短时跌落故障时，如果风电机组和发电机保持正常运行，则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，将导致直流侧电压上升。为了消除电网短时故障对风力发电机组的影响，在直流侧增加Crowbar 保护电路，当电压跌落幅度较小时，依靠电网侧变流器直流侧电压外环稳定直流侧电压，当电压跌落幅度较大时，直流侧电压会上升，此时投入Crowbar 保护电路，利用储能单元吸收直流侧多余的能量，从而使电网的短时故障对风电机组的运行基本不产生影响。Crowbar 保护电路由DC-DC 双向变换器和储能单元构成，当投入运行时，由DC-DC 双向变换器对储能单元进行充放电控制，对电网故障造成的直流侧电压升高做出快速响应，同时，故障消除后，切出Crowbar 保护电路，使风电系统迅速恢复正常运行。图8为直流侧超级电容器DC-DC 双向变换器电路及控制策略示意图。 (6)用于实现动态无功支持的电网侧变流器STATCOM 运行模式
图9 故障条件下电网侧变流器STA TCOM 运行模式控制策略框图
当电网发生跌落等故障时，通过使直驱风电系统电网侧变流器运行在STATCOM 模式，快速向电网提供无功功率支持，稳定电网电压，同时有利于直驱风电机组实现低电压穿越功能。图7是故障条件下电网侧变流器STATCOM 运行模式控制策略框图。当电网电压正常时，电网电压外环输出为0，也即电网侧变流器无功电流给定为0，运行在单位功率因数状态，只向电网输送有功功率。
当电网电压发生跌落时，电网电压外环开始工作，电网侧变流器STATCOM 运行模式控制策略是在原有控制的基础上，对无功电流和有功电流的参考值重新分配来实现的。其中无功电流参考值通过电网电压外环PI 调节器得到，由于
STATCOM 运行模式以无功电流为主要控制对象，因此通过2
2max *qref d i i i -=对有
功参考电流进行限制，当原有有功参考电流小于限制值时，说明电网侧变流器直流侧电压外环尚能对直流侧电压进行调节，当原有功参考电流大于限制值时，直流侧电压外环已经不能有效保持直流侧电压稳定，此时需要投入直流侧Crowbar 电路，消耗掉直流侧积累的多余的能量，使直流侧电压保持在安全范围内。通过STATCOM运行模式向电网快速提供无功支持，提高系统的低电压穿越能力。
风力发电系统低电压穿越技术探讨 发表时间：2018-08-06T17:04:52.203Z 来源：《电力设备》2018年第11期作者：张勇 [导读] 摘要：风力发电是将风能转化为电能的新型可再生能源，由于风能取之不尽，用之不竭，在世界范围内受到了越来越广泛的重视。 （华电福新能源股份有限公司北京市 100031） 摘要：风力发电是将风能转化为电能的新型可再生能源，由于风能取之不尽，用之不竭，在世界范围内受到了越来越广泛的重视。但如果瞬时风能的大小是随机的，且风能的变化是波动的，这就容易造成电力系统发生故障，进而导致低电压穿越问题。在近些年来，人们对电力资源的需求不断增大，若因故障而发生电压跌落问题，风力机组也因此纷纷解列，就会使系统产生不稳定性，甚至产生局部或全面的供电系统不可正常运行，因此，人们对于低压穿越技术越来越重视。 关键词：风力发电；低电压穿越技术；Crowbar电路；控制策略；技术要求 1引言 近些年来，随着社会和科技的不断发展，同时存在的问题是能源的不断消耗。走可持续化道路是当今世界的主题之一，因此，寻找可持续化再生能源是每个国家的重要研究课题。风能作为一个目前已经比较成熟的发电方式具有清洁性和可再生性，除此以外，还具有开发成本降低速度快、开发条件成熟、运行灵活等优点，因此受到了各个国家政府的重视和支持。但在实际应用过程中，也难免存在着各种各样的问题。由于自然界的风具有不确定性和波动性，导致产生的电能也不是稳定不变的，而整个电力系统也会在安全方面和稳定性方面受到影响。各国为了解决此类问题，减小大规模的风电并网产生的影响，提高整个供电系统的稳定性和安全性，均纷纷制定了相关的技术准则，而低电压穿越能力是需要解决的问题之一。 2低电压运行技术发展现状分析 低电压穿越也可简称为LVRT是指在风力发电机并网点电压跌落时，风力发电机具有保持并网的能力，甚至能够提供无功功率，以此来支持电网的恢复，“穿越”低压时间段，直到整个电网恢复正常的运行。在现实生活中，电压跌落故障是常见的故障之一，会造成一系列的不良影响，例如过电压、电流急速上升，危害整个系统的正常工作，且系统的恢复工作难度大，因此应当采取有效的低电压穿越技术，来维持整个电网的稳定。因此各国都对低电压穿越技术的加强给予了很大的重视。 低电压穿越技术是当前的一个热门问题，双馈式变速恒频风力发电机因为其本身具有有功无功都可以独立控制的优势，而在国内外广泛的应用。并得到国内外学者的深入研究，当前的低电压穿越技术主要包括三种方案：（1）采用对转子发生短路时进行保护的技术；（2）引入新型的低压旁路系统即为新型的拓扑结构；（3）修改控制策略，而低电压穿越的效果不变，即采用新型励磁控制策略。方案（1）是在实际生产过程中应用最普遍的方式，主要是通过在转子的侧边安装Crowbar电路的方式，来维持发电机的正常运行。方案（2）是通过在感应发电机具有定子的一旁与电网之间串联一个反并可控硅电路，以此来直流侧电压控制在允许变化的范围内。方案（3）是几个方案中成本最低的，普遍应用的是在用于风电场汇流作用的变电站对风场并网点的电压进行动态的监控，该监控主要使用STATCOM技术产品来实现，通过此方式使风机具有低电压穿越功能。 3低电压穿越技术的技术要求 每个国家对低电压穿越技术的要求各不相同，下面列举了几个具有代表性的国家： （1）德国：该国标准要求当故障排除以后，有功功率以每秒恢复额定功率的百分之二十或者以上的速度不断增加，当无功功率的故障被发现后，应当在20秒内进行无功功率电压的支持，且要求电压浮动百分之一，电流相应的浮动百分之二。 （2）美国：该国标准要求当电压跌落到额定电压的百分之十五时，要求风力发电机的低电压穿越能力是维持并网正常运行625毫秒。当电压在产生后达到额定电压的百分之九十时，风力发电机能够保证整个系统的正常运行，电压产生后达到所需电压值的时间为3秒。 （3）加拿大：该国标准要求电压跌落为0时，风力发动机应当具备的低电压穿越能力为维持正常运行150秒。电压在一定时间内恢复到额定电压的百分之八十五时，能够使并网正常运行，其中恢复到所需电压的时间为3秒。 （4）中国：我国在2005年才发布了相关指导性文件，与其他国家相比，较晚一些。按照2012年推行的电力系统技术要求，我们可以得到以下三点关于低电压穿越技术的要求。首先，最基本的要求是当电压跌落至额定电压的百分之二十时，应当具备的低电压穿越能力为保持运行625毫秒。电压在一定时间内恢复到额定电压的百分之九十时，能够使并网正常运行，其中恢复到所需电压的时间为3秒。其次，当有功功率的故障被发现并排除后，有功功率以每秒恢复额定功率的百分之十或者以上的速度不断增加。最后，对于大规模的风电场群，当电压跌落的原因为三相短路时，动态无功支撑功能对低电压穿越过程来说是必须的。 4低电压穿越技术特性分析 （1）电压跌落对风力发电机的影响。风力发电机的输出功率是稳定的，但如果出现电压跌落现象，电流会突然增加，为了避免这种现象，保持系统的热稳定性，就需要对电流加以限制。若没有相应的限流措施，电压会产生较大的波动，对变流器造成损坏。这时，为了抑制过电压就需要对发电机旁的输入功率进行控制。这就要求低电压穿越技术不仅能够抑制过电压和电流，还需要在故障时提供无功功率，直至系统恢复。 （2）低电压穿越技术的具体要求。每个国家对低电压穿越技术的要求不同，我国在2009年出台《风电场接入电网技术规定》，上一小节的第四点详细的给出了我国对于低电压穿越技术的具体要求。 （3）以双馈式风力发电系统为例的低电压运行控制策略。电压跌落时最直接的表现是在转子侧出现突然增大的电压和电流，因此，控制策略的关键就在于抑制过电压和过电流，主要的方式在转子的一侧加入Crowbar电路，作为保护措施，实现短接。其工作原理是当电压跌落时，Crowbar电路发挥作用，转子侧发生短接，此时发动机的作用与绕线式异步电机相同，其中异步电机加入了串联电阻。 5结语 随着风力发电系统的规模不断扩大，在社会资源中占据着越来越多的比例，电压跌落问题造成的不利影响越严重。风力发电系统是一个具有高集成化、复杂控制系统、庞大结构特点的系统，我国内近几年发生了几起电网设备故障事故，经研究发现其主要原因是不具备低电压穿越能力。因此，提高低电压穿越能力是当前风力发电发展的重点课题。 本文对低电压穿越技术的发展现状、技术要求以及特性进行详细的分析，针对现在国内外普遍使用的双馈式风力发电系统为例，给出了相应的运行控制策略。该控制策略主要是通过添加Crowbar电路来进行保护控制。针对低电压穿越技术的研究仍将是未来风电领域的研究
低电压穿越技术在火电厂中的应用摘要：本文根据火电厂用电压下降引起的电力系统故障，有可能导致火电厂给煤机停止机组跳闸的安全隐患，提出了一种低电压穿越火力发电厂600MW机组通过应用转化。通过现场试验结果表明，采用低电压穿越改造设计方案是可行的，具有普遍适用性，适用于其在低电压下的火电厂燃煤发电机组的改造，具有一定的理论意义和指导价值。 关键词: 低电压穿越;变频技术;火电厂 给煤机是火电厂重要的辅助设备。由于变频器电压闭锁保护意识不足，许多发电厂没有意识到变频器会在电网低电压时闭锁输出，导致局部电网失去稳定，对电网产生重大影响。其主要原因是大部分火电厂的辅助设备采用变频技术不能满足低电压穿越能力。 1存在问题 通过对故障电厂给煤机的测试发现，当电压从380V降低到310V时，某公司生产的给煤机控制器发出给煤机停止信号。当全部给煤机瞬问停止运行后，触发锅炉保护的“全炉膛燃料丧失”引起机组跳闸。当给煤机变频器电压降至210V时，给煤机变频器发生低电压跳闸并报警，从实际测试看，当给煤机电压降低到给煤机控制装置允许电压后，将发出给煤机跳闸信号，从而使给煤机停止运行;给煤机电源再降低时，将直接触发给煤机变频器跳闸。所以，对给煤机稳
定运行有影响的需要改进以下两个方面内容:①确保给煤机控制器交流工作电源稳定;②电网电压降低时为了保证给煤机变频器正常运行，需在变频器直流母线端子并接一个稳定的直流动力电源。 2解决方案 根据电网公司对火电厂辅机低电压穿越改造提出明确的技术要求:①当外部故障或扰动引起的变频器进线电压跌落幅值在额定电压85%，变频器应能持续正常运行;电压跌落幅值在额定电压20%,应能连续运行1s。②择优选择解决方案，力求方案简化。加装的设备在工作时不应产生较大的电流，对厂用电系统造成较大冲击;不能因加装的设备发生故障导致辅机变频器停机。③加装的设备安全可靠，不应给电网或原有设备带来新的安全隐患。变频器通过检测其直流母线电压是否在正常范围之内，判断工作电压是否满足运行要求。因此，常规的抗低电压措施均采用在变频器直流母线端子加装一个稳定的直流源，来确保交流输入电源降低时，变频器直流母线电压维持不变，进而维持变频器的正常运行。目前，针对变频器低电压穿越问题国内主要采用以下2种方案。 2.1给煤机变频器直流母线加装蓄电池组 ABB ACS510系列变频器正常运行时直流母线电压一般在500V左右，需要每台机组至少安装一组电压为500V的蓄电池组，将蓄电池直流输出电压并接至给煤机变频器直流母线端子。为了保证蓄电池的正常充电，需单独配备蓄电池组充电屏。 该方案技术理论简单、成熟，但安装蓄电池组和充电屏占地
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。
什么是风力发电机低电压穿越技术定义 2011/05/04 07:37:20来源：中国风力发电网我要投稿 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。 低电压穿越(Low voltage ride through，LVRt) 低电压过渡能力：Low Voltage 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) 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)。 目前比较典型的crowbar电路有如下几种： (1)混合桥型crowbar电路，如图1所示，每个桥臂有控制器件和二极管串联而成。 (2)IGBT型crowbar电路，如图2所示，每个桥臂由两个二极管串联，直流侧串入一个IGBT器件和一个吸收电阻。 (3)带有旁路电阻的crowbar电路，如图3所示，出现电网电压跌落时，通过功率开关器件将旁路电阻连接到转子回路中，这就为电网故障期间所产生的大电流提供了一个旁路，从而达到限制大电流，保护励磁变流器的作用。 2、引入新型拓扑结构 如图4所示，这种结构与传统的软启动装置类似，在双馈感应发电机定子侧与电网间串联反并可控硅电路。在正常运行时，这些可控硅全部导通，在电网电压跌落与恢复期间，转子侧可能出现的最大电流随电压跌落的幅度的增大而增大，为了承受电网故障电压大跌落所
****电厂 给煤机/空气预热器变频器低电压穿越改造方案
目录 一、火力发电厂给煤/粉机及空预器系统现状分析 (2) 二、网源协调对火电厂关键辅机变频器低穿能力要求 (4) 三、电厂关键辅机变频器低穿能力梳理核查 (6) （一）厂用负荷分类 (6) （二）厂用负荷继电保护动作特性 (6) （三）厂用负荷变频器低穿能力要求原则 (7) （四）低电压对现有厂用负荷的影响分析 (7) 四、技术改造方案 (9) （一）大惯性类负荷变频器 (9) （二）给煤机、给粉机类负荷变频器 (9) （三）各种技术方案特点及对比分析 (12) 五、SCS-230火电机组辅机电源控制系统 ................................................. 错误！未定义书签。 （一）系统原理..................................................................................... 错误！未定义书签。 （二）系统特性..................................................................................... 错误！未定义书签。 （三）支撑方式..................................................................................... 错误！未定义书签。 （四）SCS-230火电机组辅机电源控制系统两种技术方案.............. 错误！未定义书签。 （五）检验方法..................................................................................... 错误！未定义书签。 （六）SCS-230火电机组辅机电源控制系统检测报告...................... 错误！未定义书签。
无刷双馈电机控制原理 一、设备名称 1250KW无刷双馈电机低压变频控制系统 二、设备用途 本设备用于电机厂1250kw无刷双馈电机低压绕组测变频控制 三、现场技术条件及技术参数 1、环境条件 ·工作环境温度:0--40摄氏度 ·存储环境温度:-25-- 55摄氏度 ·相对湿度:<95%(无凝露) ·环境等级/ 有害化学物质:Class 3K3,符合标准 EN 60721-3-3 ·有机体 / 生物体影响因素:Class 3B1,符合标准 EN 60721-3-3 ·污染等级:2 (EN 61800-5-1) 2、电源 ·660 — 690 V 3 AC, ±10 % (-15 % < 1 min) ·不平衡度±5 % 3、无刷双馈同步电动机技术参数 3、1电机型号:TWS630-8 3、2额定功率:1250KW 3、3额定转速:743r/min 3、4满载效率:95、1％ 3、5工频绕组额定电压:6kV 3、6工频绕组额定频率:50Hz 3、7工频绕组额定电流; 100A
3、8工频绕组功率因数:0、84 3、9变频绕组额定电压:690V 3、10变频绕组额定频率: 25Hz 3、11变频绕组额定电流; 528A 3、12变频绕组功率因数: 0、8 4.变频调速装置技术参数 4、1额定功率:450 kW 4、2额定输入电压: 690V 4、3额定输入电流:598 A 4、4额定输入频率:50 Hz 4、5额定输出电压:690 V 4、6额定输出电流:560 A 4、7额定输出频率:25 Hz 5、变频器供电变压器技术参数 5、1产品型号及名称_ZTSFG(H)-800-6__ 5、2额定容量___ _800______kVA 5、3高、低压额定电压___6___ / _0、69__ kV 5、4高压分接范围_____±2×2、5__ _% 5、5短路阻抗________6________% 5、6相数________3________ 5、7绕组数________3________ 5、8频率________50_______Hz 5、9使用条件 5、9、1海拔________1000_____m 5、9、2环境温度________-10～40__℃
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。
低电压穿越技术规范书 1 总则 1.1低电压穿越技术规范书适用于光伏发电站并网验收、风电场接入并网验收、光伏逆变器型 式试验、风力发电机组的低电压穿越检测平台，包括主要设备及其辅助设备的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求。 1.2低电压穿越技术规范书要求该检测平台能够同时满足现场安装在风电场的单台风电机组低 电压穿越能力检测，满足光伏发电站并网接入验收的低电压穿越能力检测，满足光伏逆变器与风电发电机组的型式试验的低电压穿越试验检测。 1.3低电压穿越技术规范书所提出的是最低限度的技术要求,并未对一切技术细节做出规定,也 未充分引述有关标准和规范的条文。供方应保证提供符合本规范书和工业标准的优质产品。 2 低电压穿越技术使用条件 2.1低电压穿越技术环境条件 a) 户外环境温度要求：－40℃~ 50℃； b) 户外环境湿度要求：0~90% ； c) 海拔高度：0~2000米（如果超过2000米，需要提前说明）。 2.2安装方式：标准海运集装箱内固定式安装。 2.3储存条件 a）环境温度－50℃～50℃； b）相对湿度0～95% 。 2.4低电压穿越技术工作条件 a) 环境温度－40 oC～40oC； b) 相对湿度10%～90%，无凝露。 2.5低电压穿越技术电力系统条件 a) 电网电压最高额定值为35kV，电压运行范围为31.5kV~40.5kV；同时也可以同时满足 10kV\20kV电网电压的试验检测。 b) 电网频率允许范围：48~52Hz；
c) 电网三相电压不平衡度：<= 4%； d) 电网电压总谐波畸变率：<= 5%。 2.6负载条件 负载包括直驱或双馈式等风力发电机组，其总容量不大于6.0MVA。其控制和操作需要满足国家关于风电机组电电压穿越测试与光伏发电站的相关测试规程技术要求。 本检测平台能够同时满足同等条件下光伏电站或光伏逆变器的低电压穿越能力测试。 2.7接地电阻：<=5Ω。 3低电压穿越技术检测平台的技术要求 3.1 结构及原理要求 根据模拟实际电网短路故障的要求，测试系统须采用阻抗分压方式，原理如下图1所示(以实际为准)。测试系统串联接入风电机组出口变压器高压侧(35kV、20 kV、10 kV侧)。 图1 低电压穿越技术测试系统原理图 3.2 测试系统功能要求 （1）整体要求 ?测试系统紧凑式安装； ?任何测试引起的测试系统电网侧电压波动均小于5%Un； ?测试接入系统电压等级：适用于35kV系统，如果需要可考虑兼容10kV系统；
Introduction “变浆距风力机+双馈发电机”作为新型风力发电机组，是目前研究的热点，国内对双馈发电机的研究主要集中在单机建模、空载并网、柔性并网、并网后有功功率和无功功率的解耦控制、低电压穿越运行。风电场协调控制等方面。 双馈异步发电机其结构与绕线式异步电机类似，定子绕组接电网(或通过变压器接电网)，交流励磁电源给转子绕组提供频率、相位、幅值都可调节的励磁电流，从而实现恒频输出。交流励磁电源只需供给转差功率，大大减少了容量的需求。由于发电机的定、转子均接交流电（双向馈电），双馈发电机由此得名，其本质上是具有同步发电机特性的交流励磁异步发电机，双馈风力发电系统中转子侧交直交变流单元功率仅需要25％一40％的风力机额定功率，大大降低了功率变流单元的造价；双馈异步风力发电机体积小，运输安装方便，发电机成本较低。但双馈发电机由于使用定转子两套绕组，增加了发电机的维护工作量，还降低了发电机的运行可靠性。转子绕组承受较高的dv ／dt ，转子绝缘要求较高。对于有刷电机，当电网电压突然降低时，电流迅速升高，扭矩迅速增大，需经常更换发电机碳刷、滑环等易损耗部件。 1 变速恒频风力发电机组系统结构 1.1 风轮 风轮是吸收风能并将其转化成机械能的部件。风以一定速度和攻角作用在桨叶上，使桨叶产生旋转力矩而转动，将风能转变成机械能。自然界的风速不是恒定的，风力机获得的机械能是随风速的变化而不断变化。 由风力机的空气动力学特性可知，风力机输出机械功率的为P wt ,产生的气动转矩为T wt [1]。 231(,)2 wt p p C R v λβρπ= 230.5()wt wt T l p T v R C πρλ==Ω 其中，ρ为空气密度（kg/m 3），一般为1.25 kg/m 3；R 为风力机叶片的半径（m ）；v 为风速（m/s ）；l Ω为叶片旋转速度；C p 为风力机的功率系数，也称风能利用系数，是评价风力机效率的重要参数，C T 为风力机的转矩系数，由贝兹理论可知，一般C p =1/3 2/5，其理论极限值为0.593。它与风速、叶片转速、叶片直径、浆叶节距角均有关系，是叶尖速比λ和浆距角β的函数。 p T C C λ=
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
几种双馈式变速恒频风电机组 低电压穿越技术对比分析 2008/7/23/11:24 来源：《变频器世界》作者：臧晓笛 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（faultride-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(lowvoltageride-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.onnetz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nationalgrid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(scottishhydro-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]。 图1e.onnetz公司对电网故障时风电场不脱网运行的电压范围要求[33]为了提高风电机组的低电压穿越能力，必须针对当前主流风电机组中的双馈感应发电机的运行特点进行研究，研究它们在电网故障与故障恢复过程中的暂态行为，消除或减轻在不离网控制情况下可能引起的机组损害。许多文献[4-7]报道了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。为了保护发电机励磁变流器，采用过压、过流保护措施势在必行。
浅谈风电场涉网性能 ——低电压穿越性能 编制：韩树才 项目：中宁天润项目 提交时间：2014-12-24 部门：宁夏事业部
摘要 随着风力发电技术的迅速发展和其装机容量的不断增大，风力发电技术面临着提高电能质量和电网稳定性的严峻挑战。当电网发生故障导致电压跌落时，若风电机组不具备低电压穿越能力将会从电网切除，风电机组的大面积切机不仅将对电网稳定性造成巨大影响，而且还会对风机本身产生影响，因此风电机组具备较高的低电压穿越能力很重要。 关键词：风电场；电流保护；低电压穿越；集电线 目录
摘要 (2) 一、风电场低电压穿越简述 (3) （一）风电场低电压穿越能力基本概念 (4) （二）风电场低电压穿越能力评估 (4) （三）风电场低电压穿越面临的问题 (5) 二、风电场机组配置及特性改进 (8) （一）风电场电气结构保护配置 (8) 三结束语 (9) 参考文献 (10) 一、风电场低电压穿越简述
（一）风电场低电压穿越能力基本概念 大容量风电场并网必须具备一定的低电压穿越能力（英文缩写 LVRT），在电网故障等紧急情况下提供一定的电压和无功支撑。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的安全运行；当电压无法恢复时，风电机组将会实施被动式自我保护解列，从电网中切除，从而更大地增加整个系统的恢复难度，甚至可能加剧故障，最终导致整个电网瘫痪。因此必须采取有效的低电压穿越措施，以维护风场电网的稳定和提高电能传输效率。低电压穿越能力主要体现在两个关键指标上：电压跌落幅值和持续时间。 电压跌落幅值：电网中严重的电压跌落基本上都是由系统故障引起的，继电保护将检测电压跌落的幅值并判断是否动作跳闸，直接决定电压跌落的持续时间，从而影响对并网风电场的低电压穿越能力要求如果能有效地辨识风电场并网处母线电压跌落的危害程度，自适应调整故障间隔的保护控制策略，将有效地整体降低健全间隔上风电机组感受到的电压跌落持续时间，从而提高风电场低电压穿越能力； 持续时间：利用电容器的瞬间对大电感放电当电流达到峰值时，使电流延续通过，从而达到较长的放电时间，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时段，提高风电场的整体平稳运行能力。 因此，有必要将风电场低电压穿越能力规范要求引入到继电保护的动作特性中，研究改进风电场集电线路继电保护的动作特性，降低对并网风电机组拖网风险。（二）风电场低电压穿越能力评估 国家电网公司于2009年颁布《风电场接入电网技术规定》，规定风电场低电压穿越要求如图1所示，其关键点为：并网点电压跌落至额定电压的20％时，风电机组必须保持运行0.625ｓ；当并网点电压为额定电压的90％时，风电机组应稳定运行。考虑到风电机组输出功率的非突变性，将图１所示的低电压穿越能力规范反映到风电机组中，表现为低电压运行状态下的风电机组大电流输出能力要求，以维持风电机组输入、输出功率的平衡。
双馈发电机的运行方式说明风机控制 1.双馈风力发电机的分类 双馈风力发电机按转子类型分为有刷和无刷两种，无刷发电机即为鼠笼型发电机。由于鼠笼型风力发电机励磁控制困难，无法最大限度的利用风能，所以目前很少应用。 2.双馈发电机的优点 1 .容易对转矩和速度进行控制； 2.能工作在恒频变速状态； 3 .驱动变流器的总额定功率可以降低，性价比大大提高； 4 .电机可以超同步和超容量运行 3.双馈发电机的变流器一般选用电机总容量的四分之一即可，这样可以很大程度的减少整机变流成本。和直驱风力发电机相比，双馈风力发电机增加了齿轮箱，在成本方面要考虑直驱发电机和它的全功率变流器的总成本和双馈风力发电机加齿轮箱的综合成本，除此之外，还要考虑他们的功率曲线以及维护成本。 4.控制机理 双馈发电机通过控制转子励磁，使定子的输出频率保持在工频。 大家知道，异步电动机运行时，电磁转矩和转向相同，即转差率>0.当作为电动机运行时，电磁转矩和转速方向相反，转差率<0. 发电机的功率随该负转差率绝对值的增大而提高。当双馈发电机的转子绕组通过三相低频电流时，在转子中会形成一个低速旋转磁场，这个磁场的旋转速度与转子的机械转速相叠加，使其等于定子的同步转速，从而在发电机定子绕组中感应出相应于同步转速的工频电压。当风速变化时，转速随之而变化，相应地改变转子电流的频率和旋转磁场的速度，就会使定子输出频率保持恒定。 当双馈发电机的转子绕组通过三相低频电流时，在转子中会形成一个低速旋转磁场，这个磁场的旋转速度与转子的机械转速相叠加，使其等于定子的同步转速，从而在发电机定子绕组中感应出相应于同步转速的工频电压。当风速变化时，转速随之而变化，相应地改变转子电流的频率和旋转磁场的速度，就会使定子输出频率保持恒定。 当发电机的转速低于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于亚同步速运行，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要变频器向发电机转子提供正相序励磁，给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相同的励磁电流，此时，转子的制动转矩与转子的机械转向相反，转子的电流必须与转子的感应反电动势反方向，转差率减小，定子向电网馈送电功率，而变频器向转子绕组输入功率；当发电机的转速高于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于超同步速运行，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相反的励磁电流，此时变频器向发电机转子提供负相序励磁，以加大转差率，变频器从转子绕组吸收功率；当发电机的转速等于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于同步速运行，变频器应向转子提供直流励磁，此时，转子的制动转矩与转子的机械转向相反，与转子感生电流产生的转矩同方向，定子和转子都向电网馈送电功率。 为了实现风力机组的最大能量的追踪和捕获，满足电网对输入电力的要求，风力发电机必须变速恒频运行；为了控制发电机转速和输出的功率因数，必须对发电机有功功率、无功功率进行解耦控制。这一过程是采用磁场定向的矢量变换控制技术，通过对用于励磁的PWM 变频器各分量电压、电流的调节来实现。 调节励磁电流的幅值、频率、相序，确保电发电机输出功率恒压。同时采用矢量换控制技术，实现发电机有功功率、无功功率的独立调节。调节有功功率可调节风力机转速，进而实现最大风能捕获追踪控制；调节无功功率可调节电网功率因数，提高风电机组及所并电网系统的动、静态动行稳定性。
风力发电低电压穿越技术综述 张兴1，张龙云2，杨淑英3，余勇4，曹仁贤5 1)合肥工业大学电气工程学院，合肥230009 2)合肥工业大学电气工程学院，合肥230009 1) Email：honglf@https://www.doczj.com/doc/7919177959.html, 2) Email：zhanglongyun2002@https://www.doczj.com/doc/7919177959.html, 摘要：近年来，风力发电占电网比重增长迅速。在电网出现故障导致电压跌落后，风力机组如果纷纷解列会带来系统暂态不稳定，并有可能造成局部甚至是系统全面瘫痪，这使得人们开始关注风机并网并相应提出了低电压穿越（LVRT）要求。本文详细分析了三种主要机型——定速异步风机（FSIG）、同步直驱式风机（PMSG）和双馈式风机（DFIG）——在电网电压跌落时的暂态特性，并综述了国内外提出的主要LVRT方案。重点分析了最难实现穿越的双馈风机的LVRT方案。关键词：风力发电；电压跌落；低电压穿越；定速异步机；同步直驱；双馈风机；撬棒 1 引言 当今世界风电市场发展迅猛，风电场装机容量逐年上升，尤其是在欧美的一些发达国家，风力发电所占电网供电比例已经非常高，如丹麦已超过20%。因此，必须考虑电网故障时风机的各种运行状态对电网稳定性的影响[1][2]。为此各国电网公司依据自身实际对风电场/风电机组并网提出了严格的技术要求。包括低电压穿越能力、无功控制能力、有功功率变化率控制和频率控制等。其中LVRT被认为是风电机组设计制造控制技术上的最大挑战，直接关系到风机的大规模应用。 低电压穿越(Low V oltage Ride Through- LVRT)即穿越低电压，指在风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)。 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LVRT措施，以维护风场电网的稳定。 目前市场上风机类型可概括为三类，即直接并网的定速异步机(Fixed Speed Induction Generator- FSIG)、同步直驱式风机(Permanent Magnetic Synchronous Generator- PMSG)和双馈异步式风机(Doubly-fed Induction Generator-DFIG)。本文将就这三种风机类型分析电网电压跌落会引起的暂态过程，综述了目前一些主要的LVRT实现方案，并重点讨论了DFIG的LVRT方案。 2 LVRT功能简介 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)所提出的LVRT要求不尽相同[3] [4]。在德国北部，风机密度很高，电网经营商E.ON Netz对风电场/风力机组的LVRT要求如图1所示。 仅当电网电压在时间或数值上处于图示的蓝色粗曲线下方时，风机才允许解列；而在蓝粗曲线以上区域，风机应保持并网，等待电网恢复。且当电压位于图中阴影区域时，还要求风机向电网提供无功功率支撑，帮助电网恢复。 在图中可以看到，当电压跌落到15%~ 45%时，要求风机一直提供无功支持，并应能保持并网至少625ms。而在电压跌落到90%以上时风机应一直保持并网运行。 3 电压跌落对不同风机的影响 研究LVRT的前提是分析风机在电网电压出现跌落与恢复时的一些暂态过程。不同风机类型的暂态和导致的影响不尽相同。 u u 风机跳闸 图1 德国E.ON Netz公司的LVRT要求