风电场并网运行的低电压穿越能力研究
双馈风力发电机低电压穿越研究
关 键 词 ： 力 发 电机 ；低 电 压 穿越 ；能 量 存 储 风 中 图分 类 号 ：Ｍ６ ４ Ｔ １ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ０ ｌＯ ２ １ ）６ ０ ２ — ３ １０ 一 Ｏ Ｘ（０ Ｉ０ — ０ ０ ０
Ｒｅ ｅ ｃ ｏ ｈｅ Ｌｏ Ｖｏ ｔ ｅ Ｒｉ ｅ Ｔｈｒ ｕｇ ｆ ＤＦＩ ｆ ｒ Ｗ ｉ ｄ ｎ ｒ ｔｎ ｓ ａｒ ｈ ｎ ｔ ｗ ｌａｇ ｄ ｏ ｈ ｏ Ｇ ｏ ｎ Ｇｅ ｅ ａ ｉ ｇ
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基于风力发电系统低电压穿越技术研究
／２０２３ ０９基于风力发电系统低电压穿越技术研究李仲阳（国电电力湖南新能源开发有限公司）摘 要：当电网因故障导致电压跌落时，会导致与该电网相连的风力发电机组大面积脱网，不利于电网的稳定运行，因此需要保证风电机组在电网电压跌落时不脱网，对低电压穿越能力提出了更高的要求。
本文根据国家电网低电压穿越标准，对双馈风力发电机在电压跌落时的动态特性进行了分析，通过在直流母线和转子出线端增加转子电流续流二极管，并结合软件控制算法实现了低电压穿越功能。
仿真结果表明，本文提出的低电压穿越技术在电网故障时能实现风力发电机组不脱网运行，为电网的稳定运行提供了重要保证。
关键词：风力发电；低电压穿越；双馈感应发电机；续流二极管０ 引言双馈感应发电机（ｄｏｕｂｌｙ ｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＤＦＩＧ）因其变流器容量小，具有有功功率和无功功率可以实现解耦控制的优点，已成为主流机型，双馈风力发电机定子与电网连接，转子通过机侧变流器提供励磁，在电网电压跌落时定子电压也跌落，导致定子电流瞬间增大。
由于定转子的强耦合关系，转子电流也会突增，机组因过流停机，系统剩余能量经过机侧变流器流向直流母线，会引起母线电压激增，ＩＧＢＴ击穿。
为了实现剩余能量的有效泄放，目前常见的解决方法是将转子并联Ｃｒｏｗｂａｒ电路、直流母线并联斩波电路等［１ ２］。
１ 低电压穿越要求及控制流程１ １ 网压跌落要求风电场并网点电压在电压轮廓线及以上的区域内时，要求风电机组不间断并网运行；并网点电压在电压轮廓线以下时，风电机组可以从电网切出［３］。
在并网点电压跌至２０％额定电压时，风电场内的风电机组具有并网运行６２５ｍｓ的能力。
在发生跌落后２ｓ内，风电场并网点电压能够恢复到额定电压的９０％，风电场内的风电机组需一直并网运行，同时向电网发无功以帮助其恢复正常。
１ ２ 机组控制流程实现机组低电压穿越（ｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈ，ＬＶＲＴ）主要包括以下模块：网侧变流器（ｌｉｎｅ ｓｉｄｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＬＳＣ）模块、机侧变流器（ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｓｉｄｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＧＳＣ）模块、网压测量模块和主控模块。
风电机组低电压穿越能力
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。
风力发电机组低电压穿越技术研究
浅论风力发电机组低电压穿越技术研究[摘要]风力发电技术作为可再生型的新型能源，是各个国家都重点探索的领域。
本文笔者着重论述了风力发电机组低电压的穿越技术。
[关键词]风力发电；低电压穿越中图分类号：tm315文献标识码：a文章编号：1009-914x（2013）21-0000-00风力发电机组穿越功率随着科技的进步而不断扩大，目前我国风力发电产业已经确定了基本的功率穿越能力的标准范围，双馈式风力感应发电机组的应用，以高效的功率穿越能力和较小的变流器容量，在当前我国风力发电建设中是一项新的技术性突破。
由于变流器在恒定发电容量中具有调节控制的特点，因而以此为技术的新型双馈风力发电机成为主流的风力发电机。
双馈风力大电机组具有电网波动的抗敏性，这个特点使其在低压功率穿越实验中成为重要课题。
一、风力发电机组低电压穿越概念当今风力发电在电力能源生产的比例中不断扩大，风电能源已经成为一种发展成熟的新型环保动力能源。
近年来，国家对于风电建设的投入不断加大，风电装机容量不断增加，在以常规能源发电为基础，风力发电为补充的电能作用互补中，风力发电能够对电力供应故障做到有效的补充，但风力发电机组在电网发生故障时，向电网输出的电压频率会对电网系统造成一部分影响。
因此在风力发电的过程中，需要注意对低压穿越技术进行规范性研究，对电网功率作用、电网供电频率控制输出、低压电网穿越技术进行进一步探讨，尤其是在lvrt方面进行深刻研究。
在目前各国风力发电机组的运行要求中，对低压穿越的条件要求都有自成体系的规定。
如美国风力发电技术中对由于电压增值导致的电网故障必须将影响深度降至15%的规范电压恒定区间内，如果在风力发电机并网发电运行过程中，以625ms不切机低压电网穿越，对电网故障可以做到无间断恢复。
国内风力发电低压穿越技术的保障恒定值控制在电压增值3s区间段内，当电压额定值域达到9o%的电压区间时，风力发电机组能够在并网不断线的基础上持续运行。
风电变流器的低电压穿越能力研究与改善
风电变流器的低电压穿越能力研究与改善概述风电变流器作为风力发电系统的核心组件之一，起着将风能转化为电能的重要作用。
然而，由于复杂的环境条件和电力供应不稳定性，风电系统需要具备良好的低电压穿越能力，以保证风力发电系统的安全和可靠运行。
低电压穿越能力低电压穿越能力是指当配电网供应电压下降时，风电变流器仍然能够稳定运行的能力。
由于供电不稳定、短时电压波动或突然断电等情况的存在，风电站常常面临低电压情况，而低电压穿越能力的强弱直接影响风电系统的可靠性和效益。
风电变流器低电压穿越能力的研究与改善1. 系统建模与模拟为了研究风电变流器的低电压穿越能力，首先需要建立系统模型，并进行仿真模拟。
通过分析系统的动态响应，可以评估风电变流器在低电压条件下的运行情况，并找到改进的方向。
模型的建立需要考虑变流器的控制策略、电路拓扑、电压变化等因素。
2. 控制策略优化控制策略是影响风电变流器低电压穿越能力的关键因素之一。
传统的控制策略往往采用比例积分调节器进行电压控制，但在低电压情况下，这种控制策略可能会导致系统失效。
因此，需要优化控制策略，使其适应低电压条件下的运行要求。
一种常见的优化方法是采用模糊控制策略。
模糊控制可以根据系统的实时输入输出关系进行推理，并根据一系列的规则进行决策。
通过模糊控制策略的优化，可以提高风电变流器的低电压穿越能力，并增强系统的稳定性。
3. 电路拓扑优化电路拓扑是风电变流器的关键设计要素之一，对低电压穿越能力有重要影响。
传统的拓扑结构如全桥、半桥等存在电流扭曲问题，容易在低电压穿越时产生瞬时过流，影响系统的稳定性。
为了改善低电压穿越能力，可以采用多电平逆变技术。
多电平逆变技术通过增加逆变器的电压级数，减小电流峰值，从而降低了低电压穿越时的瞬时过流。
此外，还可以采用新型的拓扑结构，如基于谐波注入的逆变器、混联变流器等，以提高系统的低电压穿越能力。
4. 电容器组件的改进电容器是风电变流器中重要的组件之一，对低电压穿越能力有重要作用。
风电场的低电压穿越
风电场的低电压穿越下图为对风电场的低电压穿越要求。
风电场并网点三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；并网点电压只要有一相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。
一、电压运行范围（新） 当风电场并网点的电压偏差在其额定电压的－10％～＋10％之间时，风电场内的风电机组应能正常运行。
当风电场并网点电压偏差超过＋10％时，风电00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.2-101234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时间（s ）并网点电压（p .u .）0.625场的运行状态由风电场所选用风电机组的性能确定。
二、电压控制要求1、风电场应配置无功电压控制系统；根据电网调度部门指令，风电场通过其无功电压控制系统自动调节整个风电场发出（或吸收）的无功功率，实现对并网点电压的控制，其调节速度应能满足电网电压调节的要求。
2、当公共电网电压处于正常范围时，风电场应当能够控制风电场并网点电压在额定电压的－97％～＋107％范围内。
3、风电场变电站的主变压器应采用有载调压变压器。
风电场具有通过调整变电站主变分接头控制场内电压的能力，确保场内风电机组在条款1所规定的条件下能够正常运行。
（依据：GB/T 12325-2008《电能质量供电电压偏差》，提出当风电场并网点的电压偏差在－10％～＋10％之间时，风电场内的风电机组应能正常运行。
）根据风电场接入电网技术规定，在2009年2月后通过审查的，风机必须带有低电压穿越功能，如不具备一律不允许并网。
新疆达坂城风电场，目前购置的华创CCWE-1500/70.DF机型具备低电压穿越能力，当风电场并网点的电压偏差在其额定电压的－10％～＋10％之间时，风电场内的风电机组应能正常运行满足风电场低电压穿越能力要求；能够在并网点电压突降到20%Ue时625ms不切除。
浅谈风电场低电压穿越技术
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。
海上风电场轻型直流输电低电压穿越
海上风电场轻型直流输电低电压穿越研究摘要：轻型直流输电技术解决了海上风电场传统交流并网方式下需要大量无功补偿的问题，但是轻型直流输电能够否满足风电场并网的要求是一个新的课题。
风电场并网运行过程中要求其满足低电压穿越能力，本文将以双馈风力发电机为例，研究其通过轻型直流输电技术并网情况下的低电压穿越能力。
文章通过对双馈风电机组及轻型直流输电系统进行数学模型分析的基础上，研究了其控制策略，通过内、外环pid控制策略实现了海上风电场并网。
通过仿真分析，内外环pid控制策略能够满足海上风电场低电压穿越能力要求。
关键词：海上风电场，轻型直流输电技术，低电压穿越abstract: vsc-hvdc technology solve the problem that the wind farm connecting with grid through ac system need a lot of reactive power compensation. but a new topic whether the vsc-hvdc can meet the requirements of wind farms connecting with grid.圀椀渀搀 farms connecting with grid need to meet the requirements that low voltage ride through capability. as an example the double-fed machine, this paper studies the low voltage ride through capability of wind farm connecting with grid through hvdc.based on the analysis of mathematical models of double-fed wind turbine and hvdc system, this article studies the control strategy, through inner and outerpid control strategy to achieve the offshore wind farm connecting with grid.吀栀爀漀甀最栀 simulation analysis, inside and outside the loop pid control strategy can meet the requirements in case of low voltage ride through capability.keywords: offshore wind farm, hvdc light technology, low voltage ride through前言双馈电机（dfig）的变速恒频风力发电技术具有提高发电效率、风力机捕获功率损耗低，改善电能质量等优点，有着广泛的发展前景。
风电机组低电压穿越简介
ABB变频器9台，IGBT保护阀值1250V，软件 版本AJXC2320，出厂日期2011.01
ABB变频器低电压穿越图
日立变频器24台，IGBT保护阀值1300V，软 件版本6.13，出厂日期2012.01
日立变频器低电压穿越图
风电机组低电压穿越简介
电机并网点电压跌落的时候，风电机组能够保持并网，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)。 • 二、电网对低电压穿越有什么要求？
• 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。 • 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。 • 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切除 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。
风电机组低电压穿越问题的研究
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]。
风力发电机组低电压穿越能力浅议
Ｖｏ ８ Ｎ ｏ ． Ｌ＿ ４
２１ ０ ０年 ８月
Ａｕ ２ ０ ｇ． ０１
风力发电机组低电压穿越能力浅议
施 跃文 任 玉亭 张 宇琼
（ 国华能源投资有限公 司， 北京 ，０ ０ ７ １０ ０ ）
摘
要 ： 风 电机 组低 电压 穿越 （ＶＴ 能力 的 深度对 机 组造价 影 响很 大 ， 据 实际 系统 对风 电机 组进 ＬＲ ） 根
即解 列 ， 不 考虑 故 障 的持 续 时 间和严 重 程 度 ， 样 并 这 能 最 大 限度 保 障 风 电机 组 的安 全 。但 随 着 风力 发 电 机 容 量 、 电场 规 模越 来 越 大 ， 风 这种 自我保 护 解 列则
会 增 加整 个 系 统 的恢 复难 度 ， 至 加剧 故 障 ， 终 导 甚 最 致 系统 其他 机组 全部 解 列 。 针 对 上述 问题 ，世 界 各 国电力 系统 对风 电场 接 入 电 网时 的要 求越 来 越严 格 ， 括 低 电压 穿越 能力 、 包
行合 理 的 ＬＲ Ｖ Ｔ能力设 计 十分 必要 。文 章分析 了定速 异 步风机 、 同步 直驱 式风 机 和双 馈风 机 三种 重要
机 型在 电 网 电压跌 落时 的暂 态特 性 ， 并叙 述 了简 要 的 Ｌ Ｒ Ｖ Ｔ方 案 。
关键词 ： 风 力发 电 电压 跌 落 低 电压 穿越
低 电压穿 越 （ Ｖ Ｔ） 在 风机并 网点 电压 跌 落 的 ＬＲ 指
时候 风 机 能够 保 持并 网 ，甚至 向 电网提 供 一 定 的无 功 功 率 ， 持 电 网恢 复 电压 ， 到 电 网恢 复 正 常 ， 支 直 从
而“ 越” 穿 这个 低 电压 时 间。
风力发电机组低电压穿越技术探析
风力发电机组低电压穿越技术探析摘要：近年来，随着科技水平的不断提高，风力发电技术体系日益成熟，风电产业规模呈现出爆发式增长态势。
但在接入电网出现运行故障、电压异常波动时，将会对风电系统与风力发电机组的运行状态造成影响，可能出现风电机组脱网解列问题，对发电企业造成严重的损失。
因此，本文围绕风力发电机组低电压穿越技术的应用问题进行探讨，希望通过改善风电机组低电压穿越性能，解决这一问题。
关键词：风力发电机组；低电压穿越技术；应用一、风力发电机组低电压穿越技术概述1.技术原理风电机组低电压穿越技术是当风力发电系统所接入电网出现各类运行故障、电压跌落现象时，将会实时向所接入电网提供无功功率支撑，以此做到对电网正常运行状态的快速恢复，在短时间内将跌落的电压值调整至安全范围，避免风电机组出现局部或是大规模脱网现象。
根据低电压穿越技术要求可知，在电网电压异常波动时，如若实时电压值、故障发生时间处于风机跳闸区域时，将会对风电机组采取必要的脱网解列措施，避免风电机组受到外部因素影响出现损坏问题。
而在实时电压值、故障发生时间保持在曲线上方区域时，会持续向所接入电网提供无功功率，风电机组将保持并网运行状态。
2.技术标准现阶段，在应用低电压穿越技术时，为取得应有的技术作用，保障风电机组运行安全稳定，必须满足不脱网运行、具备无功支持以及有功恢复使用功能的技术应用标准，具体如下。
（1）不脱网运行。
在风电场运行过程中，如若实时并网点电压值稳定保持在相应电压轮廓线上方区域中，要求风电机组稳定保持为并网运行状态，禁止风电机组出现脱网解列现象。
在电网电压脱落后，风电机组将在一定时间内仍旧保持并网运行状态，提供无功功率补偿，将电网电压值快速提升至额定值。
如若电网电压值在一定时间没有得到有效恢复、处于电压轮廓线下方区域时，将风电机组从电网中切出。
（2）无功支持。
根据技术实际应用情况来看，在出现电网三相电压对称跌落、并网点电压小于额定值90%现象时，都将对所接入电网提供无功电流，起到控制电网稳定运行、快速恢复正常电压值的作用。
直驱永磁风力发电机组在电网故障下低电压穿越能力研究的开题报告
直驱永磁风力发电机组在电网故障下低电压穿越能力研究的开题报告一、研究背景和意义近年来，随着风力发电技术的快速发展，风力发电已成为新能源产业中的重要组成部分。
直驱永磁风力发电机组由于具有体积小、重量轻、效率高等优点，越来越受到人们的关注和青睐。
然而，当电网出现故障导致电压下降时，直驱永磁风力发电机组的低电压穿越能力成为了一个需要解决的问题。
低电压穿越能力是指发电机组在电网故障下电压下降的情况下，仍能保持运行并基本保持额定功率输出的能力。
直驱永磁风力发电机组在电网故障下低电压穿越能力的研究对于提高其运行稳定性、保障电网的安全稳定运行具有重要的意义。
二、研究目的和研究内容本研究旨在通过理论分析和仿真模拟的方法，研究直驱永磁风力发电机组在电网故障下低电压穿越能力，并探讨提高其低电压穿越能力的方法和措施。
具体研究内容包括以下几个方面：1. 对直驱永磁风力发电机组的基本原理和运行过程进行分析和研究。
2. 对电网故障下低电压穿越能力的概念和评价方法进行分析和研究。
3. 基于电气仿真软件，建立直驱永磁风力发电机组低电压穿越能力仿真模型，进行仿真分析和研究。
4. 探讨提高直驱永磁风力发电机组低电压穿越能力的方法和措施，并进行方案设计和仿真分析。
5. 验证方案的有效性和可行性，并对研究结果进行总结和分析。
三、研究方法和技术路线本研究采用理论分析和仿真模拟相结合的方法，具体技术路线如下：1. 理论分析阶段。
通过文献调研和理论分析，深入了解直驱永磁风力发电机组的基本原理和运行过程，并分析其在电网故障下的低电压穿越问题。
2. 仿真模拟阶段。
基于电气仿真软件，建立直驱永磁风力发电机组低电压穿越能力仿真模型，进行仿真分析和研究，探讨提高其低电压穿越能力的方法和措施，并进行方案设计和仿真分析。
3. 结果分析阶段。
对仿真结果进行分析，总结研究结果，提出改进建议，验证方案的有效性和可行性。
四、预期成果和创新点本研究的预期成果包括：1. 掌握直驱永磁风力发电机组在电网故障下低电压穿越问题的基本原理和评价方法。
低电压穿越
一、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。
二、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，容易在其转子侧感应出较大的电流，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，专家就提出了风力发电低电压穿越的问题。
三、基本要求：从图中曲线可以看出:曲线以上的区域是风电场需要保持同电力系统连接的部分，只有在曲线以下的区域才允许脱离电网。
风电场必须具有在电网电压跌落至额定电压15%能够维持并网运行625ms的低电压穿越能力;风电场并网点电压在发生跌落故障后2s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场必须保持并网运行。
只有当电力系统出现在曲线下方区域所示的故障时才允许脱离电网。
四、低电压穿越技术实现的种类：1、转子短路保护技术2、新型拓扑结构3、采用新的励磁控制策略转子短路保护技术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目前比较典型的crowbar电路有如下几种：(1)混合桥型crowbar电路：每个桥臂由控制器件和二极管串联而成。
(2) IGBT型crowbar电路和带有旁路电阻的crowbar电路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。
双馈感应异步风机的一种简单的低电压穿越技术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电路, 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。
低电压穿越综述
（1）FSIG和DFIG的暂态特性
Байду номын сангаас
（2）同步直驱式风机（PMSG）的电压跌落暂态特性
PMSG定子经变流器与电网相接,发电机和电网不存在 直接耦合。
3.不同类型风机的LVRT实现方法
(1)FSIG的LVRT实现
FSIG在电网电压跌落时最大的问题就是电磁转矩 的衰减使得转速上升。 ①判断故障后快速变桨以改变机械转矩，从而降低转 速; ②安装一个静态无功补偿器，来对各种功率等级无功 进行实时补偿； ③通过采用静态同步补偿器来调节电压，该方法也能 使FISG低电压穿越能力得到提高，而且该方法的补偿 电流不会随着电压的下降而下降。
风电并网低压穿越的相关规定:
2、电网电压跌落时FSIG、PMSG、DFIG的暂态特 性
电压跌落（Voltage Dip）也称电压骤降、电压 下跌或电压凹陷，是供电系统的一种较为突出的电能 质量问题，指电网电压均方根值在短时间突然下降的 事件，电气与电子工程师协会(IEEE),将其定义为下降 到额定值的90%～10%。 • 大电机启动引起的电压跌落 • 电机的再加速引起的电压跌落 • 电网故障引起的电压跌落
（3） DFIG的LVRT实现
①基于双馈风机定子电压动态补偿的控制策略
Lm Ls Lr L2 m r s I r s ( Ls1 Lr1 ) I r Ls Ls
②定子侧方法
定子侧加电阻阵列
电网侧串联变换器
③直流母线上方法
（a）直流 Crowbar
(b)带 UPS 的直流Crowbar
1、低电压穿越技术的定义 2、FSIG、PMSG、DFIG在电网电压跌落时的 暂态特性 3、不同类型风机的LVRT实现方法
1、低电压穿越技术
关于风电场低电压穿越问题分析
•
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。
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
•
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能力。
•
另外，控制系统要嵌入动态电压暂降补偿器，当有
暂降时瞬时将电压补偿上去，先保住控制系统不跳。ABB
• 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切除后应快速恢复，以至少
目装机总容量为30万千瓦，全部采用了金风科技1.5MW
直驱永磁风力发电机组。测试之前，金风科技在一天之内
即完成对全部参测22台机组的低电压穿越升级改造。10月
22日，在西北电网甘肃瓜州东大桥变电站330kV人工单相
短路试验条件下，有19台机组在大风满发工况下成功实现
不对称低电压穿越，一次性通过比例高达86.4%。电网和
仍与电网相连。一般转子各相都串连一个可关断晶闸管和
三电平全功率风电并网变流器低电压穿越的研究的开题报告
三电平全功率风电并网变流器低电压穿越的研究的开题报告一、选题背景和意义近年来，随着风电装机容量的不断增加，风电并网系统的可靠性、稳定性和经济性等方面越来越受到重视。
在风电并网系统中，变流器是起关键作用的关键部件之一。
由于风力发电机输出电压呈现出较大的波动，因此在变流器设计中，需要考虑到其承受低电压穿越的能力，以确保系统的可靠稳定运行。
对于三电平全功率风电并网变流器而言，低电压穿越问题尤其重要，因为这种变流器使用的电力转换器结构较为复杂，电路路径也较长，导致其对低电压荷波的敏感性较高。
因此，开展三电平全功率风电并网变流器低电压穿越的研究，对于提高风电并网系统的安全可靠性和经济性具有重要意义。
二、研究目标和内容本课题的研究目标是探索三电平全功率风电并网变流器低电压穿越的问题，并寻找相应的解决方法。
具体研究内容包括以下几个方面：1. 分析低电压穿越的原因和影响。
2. 研究低电压穿越对三电平全功率风电并网变流器的影响。
3. 探讨低电压穿越时的故障判定方法和保护措施。
4. 提出相应的解决方案，如采用电容器等方法降低低电压穿越对变流器的影响等。
三、研究方法和技术路线本研究主要采用文献调研、仿真模拟、实验验证等多种方法，以全面深入地探讨低电压穿越问题。
具体技术路线如下：1. 对三电平全功率风电并网变流器进行系统分析，找出可能存在低电压穿越的原因。
2. 运用SPICE软件对该系统进行仿真模拟，验证低电压穿越存在的可能性。
3. 设计实验方案，搭建实验平台，进行实验验证。
4. 基于仿真和实验结果，提出解决低电压穿越问题的技术方案。
5. 对方案进行系统性能测试，评估方案的实用性和可行性。
四、研究进度和计划本研究计划于2022年启动，预计将历时一年左右完成，具体研究进度和计划如下：1. 2022年1-3月：完成文献调研和系统分析。
2. 2022年4-6月：利用SPICE软件进行仿真模拟.3. 2022年7-9月：实验方案设计和实验平台搭建。