双馈异步风力发电机组低电压穿越综述

双馈异步风力发电机组低电压穿越综述
董鹏程;陈明帅
【摘要】双馈异步风力发电机(Doubly-fed Induction Generator,DFIG)依靠自身的优势成为当今风力发电机的主流机型.风电装机容量加大,传统的电网故障后风电机组切机方案已不符合要求,需要风力发电机组具有低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)能力.文章在研究了DFIG系统的基础上,介绍了DFIG模型,然后介绍了我国风力发电低电压穿越要求,最后根据DFIG系统的特点汇总了DFIG低电压穿越的解决方案.
【期刊名称】《通信电源技术》
【年(卷),期】2017(034)004
【总页数】2页(P167-168)
【关键词】双馈异步风力发电机;低电压穿越;解决方案
【作者】董鹏程;陈明帅
【作者单位】青岛大学自动化与电气工程学院,山东青岛266071;青岛大学自动化与电气工程学院,山东青岛266071
【正文语种】中文
目前，全球能源紧张问题日益凸显，环境进一步恶化，新能源发展得到越来越多的关注。

“十二五”期间，风力发电在我国快速发展，截止到2016年上半年，我国累计并网装机容量达1.37亿千瓦[1]。

随着风力发电占比不断增加，电力系统对风电的依赖性不断加强，当电网发生故障后并网点电压低落时发电机组的响应越来
越重要。

由于DFIG对于电网电压的敏感性，当电网发生故障后考虑到DFIG的自身安全会发生解列退出电网运行。

在高风电渗透率的电网中，风力发电机组的退出运行严重威胁了电网的安全可靠运行。

鉴于上述原因，本文研究了我国风电低电压穿越要求，然后根据DIFG的控制、结构特点阐述了其LVRT技术方案。

低电压穿越能力是指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[2]。

我国要求风力发电能够承受电网
电压跌落至20%的额定电压625 ms不退网运行，并向电网输送功率以帮助电压
恢复。

由图1可知DFIG定子、转子都参与馈电。

当电网发生故障引起电压跌落时，DFIG定子磁链会发生变化，在转子侧感生出电流，容易引起转子过电流及直流母线过电压。

为保护DFIG的安全性使其不退出运行，需要采取措施保护DFIG转子和直流母线，以至于当电网故障消失后DFIG可以及时恢复正常运行。

3.1 添加Crowbar电路
Crowbar电路分无源Crowbar和有源Crowbar，其结构分别如图2和图3所示。

无源Crowbar由二极管构成逆变电路，当转子过电流时将转子短接，使得过剩能量消耗在卸荷电阻上。

有源Crowbar功能类似，但是添加了全控型器件IGBT。

无源Crowbar一旦投切只能依靠断路器切出，整个过程时间较长。

有源Crowbar 可以通过对IGBT的控制迅速投切，且能根据故障特点多次投切。

Crowbar电路
保护了DFIG转子和机侧变换器。

3.2 添加Chopper电路
Crowbar电路是在DFIG转子侧进行的LVRT技术方案，为使得DFIG能够在电网故障时继续并网运行而又不烧毁直流环节，在直流电容器两端并联如图4所示的Chopper电路，当直流母线电压升到一定值时，IGBT得到触发信号导通，通过
IGBT的不断开关将多余能量消耗在电阻上以保护直流环节。

3.3 添加储能设备
储能设备在新能源汽车领域获得广泛关注和应用。

通过在风机塔基箱变处添加储能设备可以优化所发电能，当风机正常运行时可以将多余能量储存到蓄电池或超级电容器等储能设备，在电网故障引起电网电压跌落后可以将储存的能量释放到电网帮助并网点电压快速恢复，并实现功率在短时内不间断输送。

如图5所示。

随着风力发电在电力市场中的占比进一步增大，电力系统要求风力发电可以具有常规发电的稳定性。

当电网发生故障引起电网电压跌落时，DFIG可以不间断并网运行。

电网故障引起电网电压跌落时DFIG会带来一系列暂态影响，严重影响了风机的安全性。

具备低电压穿越能力是风力发电机进一步发展的必然要求。

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【相关文献】
[1] 中国风能协会.2016年上半年中国风电装机容量统计[R].北京：中国风能协会，2016.
[2] 贺益康，胡家兵，徐烈.并网双馈异步风力发电机运行控制[M].北京：中国电力出版社，2011.
[3] 李丹，贾琳，许晓非，等.风电机组脱网原因及对策分析[J].电力系统自动化，2011，35(22)：41-44.
[4] 徐海亮，章伟，徐建生，等.考虑动态无功支持的双馈风电机组高电压穿越控制策略[J].中国电机工程学报，2013，33(36)：112-119.
[5] 刘海涛，邱丽君，兰征，等.引入储能单元的虚拟同步机研究[J].电源学报，2016，14(2)：1-8.。