风电机组低电压穿越能力研究

【摘要】本文的研究内容共分为三个部分，首先是对低电压穿越能力定义，然后以此引出了低电压穿越的技术类型，最后一部分主要研究的是低电压穿越模型建立的原理。

【关键词】低电压；原理；风电机组；功能

自2005年起我国的风电机组装机容量出现了迅猛的增长，其增长的速度和装机容量的建设，在世界范围内处于领先的地位，由于我国的风能潜力巨大，所以未来其将成为我国能源的主要来源。

1、低电压穿越能力的定义

风力发电行业建设的初期阶段，风电机组在我国的电力机组中所占的比例相对比较小，一旦发生风电场风电机组的脱网事故，对电网冲击的影响是有限的。但是，随着风电机组装机容量随着风力行业的发展而不断的增大、电网的穿透率也相应的提高，如果出现风力发电机从电网上大规模脱网事故将对电力系统的恢复起到制约的作用，对电力系统的可靠性、安全性和稳定性都会带来不利的影响，确保风电机组不脱网，并且其对于电网电压的恢复还起到了一定的作用，这些都要求风力发电机能够具备低电压穿越能力（LVRT）。

我们可以将其概述为：当风力发电机的端电压出现降低，并且处于一定值的时候，风电机组不会从电网脱网，进而继续保持运行，其还能够为整个系统提供无功来实现系统电压的恢复。而当风力发电机具备了低电压穿越的能力，就可以有效的避免保护动作的时间，当故障排除之后就可以快速的恢复运行。最简单的我们可以定义为：小型发电系统在一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。

2、低电压穿越技术类型

低电压穿越对于风电机组来说作用是非常重要的，低电压穿越技术实现的类型主要分为三种，第一是比较常用的短路保护技术，第二种是我国引入的新型拓扑结构，第三种技术是采用合理的控制算法的技术类型。以下着重对第一种技术进行研究，其中比较典型的是crowbar电路。其实现过程主要有两种，一种是利用硬件电路的增加实现，另外的一种是可以不增加硬件电路来实现。

（1）不进行硬件电路增加实现低电压穿越。首先，要将定子磁化电流的动态过程考虑进去，通过建立相对精确的模型，采取一定的控制策略来继续进行暂态电流的减少，最本来的动态量进行补偿，做到当电压出现波动的时候做到动态响应的提高。其次当双馈感应发电机的转子以及定子相应的漏感都出现增加的情况，则需要通过增加转子电流去进行抵消，用此来增加风电机组的低电压穿越能力的提高。当电网出现故障的时候，从定子工频过电流来进行考虑，因为定子电流工频的分量所引起的转子电流出现分量就会受到限制，这时候要对定子磁链的暂态直流分量来灭磁，而这一灭磁的过程是需要通过发电机定子电阻来实现的，这就使得当发生故障的时候有效的规避转子通过电流。

（2）利用硬件电路的增加来实现低电压穿越。在实际的工程实例当中，要想做到有效的控制所需要做的就是在电流与电压二者之间得到均衡，这就是使处于低电压、低电流的时候系统能够对能量进行吸收。但是这种控制方法只适合于当电压降低不是十分严重的情况，而当电压跌落较为严重的时候，单纯的依靠策略去控制是很难做到低电压穿越的，这时候就需要增加硬件电路来实现。利用双馈感应发电机来进行低电压穿越的实现是现在使用最多的方法。保护电路主要有两种，分别为被动式的和主动式的，工作基本原理是：通过当转子绕组电流的定值较高的时候，就可以利用保护电路与转子绕组进行短接、将转子侧变流器进行切除，用这样的过程来实现对转子侧变流器的保护。这时候双馈感应发电机的双馈调速就会处于不可控状态。

3、低电压模型建立原理分析

利用电网与背靠背模式的PWM变流器进行联接是双馈发电机组最为明显的特点，电网侧变流器能够实现对转子侧变流器来提供电源的目的，也能够实现对电容电压的恒定控制；而转子侧变流器的主要作用是为转子绕组进行相位、频率、振幅可以变化的励磁电流，利用此来实现对机组所输出有用功以及无用功的单独控制。

需要强调的是，在转子侧电流所升高的程度无法对转子侧变流器造成危害的时候，转子断路器是不会进行工作的，而转子侧变流器则保持原来的工作状态，若在这一时期机端电压出现降低的情况，LVRT功能的实现完全是可以利用电极本身所具备的调节功能，这时候桨距角是不用进行调节的。当磁通与电子电压同时出现降低的情况，输出功率以及电磁转矩都会相应的下降，若这时候机械功率维持不变化，则降低的电磁转矩就会使转子出现加速的情况。故当外部的系统障碍造成持续稳定的低电压的情况下，为了对转子侧变流器做到保护，不仅需要转子断路器正常的投入使用，同时还需要对风电机组的桨距角进行调节，降低风机吸收风能的能力，将风机机械转矩减小。定桨距风电机组来进行低电压穿越控制的时候是应该采取因地制宜的方式，电网的功能建设较好的地区可以适当放宽，但是对于电网的安全性比较差的地区来说，除了需要做到风电机组不出现脱网的情况，还需要将电网所具有的特性考虑进来。首先要做的就是在电网发生故障的时候将无功电流注入到电网当中，用此方法来实现电网功能的恢复。其次要做的就是一旦故障排除后要做到有功功率的迅速恢复。一般情况下，电压发生压降的时间相对较短，容易产生过电流现象，所以应该对在故障时间内具有控制过电流作用的电力装置进行研发升级。

总结

当风电场处于初期规划的阶段，对风电机组低电压穿越能力的详细分析和设计十分重要，可以利用系统的架构以及改变风电场的接入方案来实现对风电机组低电压穿越所设定的电压限定值的提高。而低电压穿越功能对于电网来说，可以有效的降低风电机组脱网对电网带来的风险，不仅保证了对电网的安全，而且对于风电行业的进一步发展具有非常重要的意义。

参考文献