双馈感应异步风电机组的撬杠保护(Crowbar)

双馈感应异步风电机组的撬杠保护（Crowbar）

双馈感应风力发电机的定子绕组与电网直接相连，因而只能通过对转子侧变流器的控制实现对发电机的部分控制。当因电网短路故障或雷击造成风电机组接入点发生电压跌落时，将引起转子电流增大，严重时将引起转子侧变流器过流或变流器直流侧电容过压。由于四象限变流器中的电力电子器件的耐压和过流能力相对较小，为防止过压或过流对转子侧变流器所造成的危害，通常在转子侧安装撬杠（Crowbar）保护电路对变流器进行保护[1]。

Crowbar的基本原理为：当检测到转子绕组电流超过所整定阈值时，Crowbar保护动作，将短接双馈感应发电机的转子绕组，切除转子侧变流器，达到保护转子变流器的目的。此时双馈感应发电机将从双馈调速运行状态过渡到笼形异步电机不可控运行状态[1]。

Crowbar保护电路可以分为被动式保护电路和主动式保护电路[1]。

1.被动式Crowbar保护电路

对图4-17a所示的被动式Crowbar保护电路采用两个晶闸管反并联形成晶闸管对的形式，当电网发生故障引起转子电路过电流或过电压时，通过触发晶闸管使其导通，使双馈电机转子构成封闭的回路，此时转子侧变流器停止工作，起到保护变流器的作用。同样，晶闸管Crowbar保护电路也可以通过二极管整流桥与直流短路晶闸管共同构成，如图4-17b所示。

通过晶闸管的触发使其导通，同样可以获得等效短路双馈电机转子电路，以起到对双馈电机转子侧变流器进行保护的功能。有时也在晶闸管Crowbar保护短路回路中串入电阻以加速双馈电机转子电流的衰减，缩短过渡过程所需的时间。

对于图4-17b所示的晶闸管被动式Crowbar保护电路，由于双馈电机多运行于同步转速附近，转子侧频率通常较低，一旦Crowbar保护动作则难以关断，因此这种基于晶闸管的被动式Crowbar保护电路，通常需要双馈电机的定子从电网脱开且等双馈电机转子电流衰减殆尽后，晶闸管恢复到其阻断状态，待条件允许的情况下双馈电机重新执行并网操作。

a) b)

图4-17 被动式Crowbar保护电路

a)反并联式b)整流桥式

2.主动式Crowbar保护电路

主动式Crowbar保护电路如图4-18所示。图4-18a为通过可关断器件的反并联连接，在电网发生故障需要保护转子侧变流器时将转子回路经过旁路电阻Rc短路。图4-18b所示主动式Crowbar保护电路，在需要对转子变流器进行保护时，通过二极管整流桥和可关断器件将旁路电阻Rc等效接入双馈感应发电机转子回路中。

a) b)

图4-18 主动式Crowbar保护电路

a)反并联式b)整流桥式

主动式Crowbar保护和被动式Crowbar保护的基本保护原理相同。两者的不同之处在于：被动式Crowbar保护电路主要采用不可控电力电子器件作为投切控制开关，不能按电网要求在任何需要的时候马上恢复转子侧变流的正常工作。当转子电流中存在很大的直流分量时，由于晶闸管过零关断的特性不再适用，会造成Crowbar保护拒动，延长了双馈感应发电机从异步电机运行状态恢复到双馈调速运行状态的时间，不利于电网和整个机组的运行。而主动式Crowbar保护电路中主要采用可关断的电力电子器件作为投切控制开关，可以根据电网对双馈感应风力发电机组的要求，在Crowbar保护电路动作后，在适当的时候断开，从而使得风力发电机组能够在不脱离电网的情况下恢复转子侧变流器的工作，缩短了从异步电机运行状态恢复到双馈调速运行状态的过渡时间，有利于机组和电网的运行。