低电压穿越

zzzzzzzzz 转子保护技术
优：其结构简单，容易 实现；是目前采用得较 多的方法， 缺：需要增加新的保护 装置从而增加了系统成 本；虽然励磁变流器和 转子绕组得到了保护， 但此时按感应电动机方 式运行的机组将从系统 中吸收大量的无功功率 ，这将导致电网电压稳 定性的进一步恶化；旁 路的投切操作会对系统 产生暂态冲击。
低电压穿越技术的种类 转子短路保护技术VS新型拓扑结构VS合理的励磁控制算法。
1、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 子回路的旁路保护装置,达到限制通过励磁 , 变 变流器的电流和转子绕组过电压的作用， 以 以此来维持发电机不脱网运行
低电压穿越的发展
在2009年，国家电网公司已经颁布了《风电场接入电网技术规定》，明确要 求风电场电压跌落到额定电压的20%持续时间不超过625毫秒、在2秒时间以 内电压恢复到90%额定电压的范围内，风电场不允许脱网，超过此范围风电 场允许脱网。 但是这一企业标准对风机制造企业并不具备约束力，绝大多数风机在出厂后 都不具备该项功能。 而根据电监会的事故通报表明：风机不具备低电压穿越能力是根源所在。 未来，风电的发展趋势是机组由小变大，并网容量由少变多，风电在很多地 方可能成为第二或第三大电源，这就要求风电场和风电设备制造商不断提高 技术水平。未来二至三年，风机如果要作为主力电源，一定要满足更加严格 的并网要求。 因此对于那些不具备低电压穿越能力，不满足接入电力系统 的技术规定的风机组必须进行升级改造。这样才能推进风电的发展，保证电 网的安全稳定。
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低电压穿越的发展
具备低电压穿越能力的风电场是今后风力发电快速健康发展的方向。 目前风电机组实现低电压穿越需要克服的难点有： （1）提高风电场、风电机组的低电压穿越能力，必然会导致工程的造价增加。且 导致工程的造价增加。 导致工程的造价增加 对低电压能力要求越严格，工程造价就越高。 （2）电网电压跌落时，不同类型机组的暂态特性不同，没有一个统一的方法 没有一个统一的方法，必 没有一个统一的方法 须根据具体的机组进行分析，给低电压穿越的普及带来不便。 （3）所采取的对策应具备各种故障类型下的有效性。电网运行时经常出现的是不 电网运行时经常出现的是不 对称故障情况，当电网出现不对称故障时，会使过压、过流的现象更加严重，因为 对称故障情况 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。然而目前严重故障 下进行的研究大都是针对电网对称故障的情况，无法满足实际电网故障情况要求， 不能实现工程实际应用。
低电压穿越的种类——合理的励磁控制算法
3、采用新的励磁控制策略 ： 、 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。 （1） 利用数值仿真的方法对电网三相对称故障时发电机不脱网运行的励磁控制 电网三相对称故障时发电机不脱网运行的励磁控制 进行了研究。 进行了研究 （2） 利用硬性负反馈的方式补偿发电机定子电压和磁链变化对有功、无功解耦 硬性负反馈的方式补偿发电机定子电压和磁链变化对有功、 硬性负反馈的方式补偿发电机定子电压和磁链变化对有功 控制性能的影响 （3） 充分利用发电机电网侧变流器在电网故障过程中对电网电压的支持作用， 通过协调转子和电网侧变流器的控制 协调转子和电网侧变流器的控制提高电网故障时发电机不脱网运行的 协调转子和电网侧变流器的控制 控制效果。
制
目前比较典型的crowbar电路有如下几种： (1)混合桥型 混合桥型crowbar电路 电路：每个桥臂由控 混合桥型 电路 制器件和二极管串联而成。
低电压穿越的种类——转子保护技术
(2) IGBT型crowbar电路 型 电路：（图1） 电路 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 带有旁路电阻的 电路：（图2） 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。
目录
低电压穿越简介 低电压穿越的种类 三种方案优缺点对比 低电压穿越的发展
低电压穿越简介(LVRT)
1、定义：小型发电系统在确定的时间内承受一定限 、定义 值的电网低电压而不退出运行的能力。 2、问题的提出：对于变频恒速双馈风力发电机，在 、问题的提出 电网电压跌落的情况下，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， 专家就提出了风力发电低电压穿越的问题。
低电压穿越简介
3、实例分析：假设电网运行商对风电场/风力机组的LVRT要求如图： 、实例分析
蓝色粗曲线下方:风机允许解列 蓝色粗曲线下方 蓝粗曲线以上:风机应保持并网， 蓝粗曲线以上 等待电网恢复。 阴影区域:要求风机向电网提供无 阴影区域 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。
低电压穿越简介
PMSG，定子经AC/DC/AC变流器与电网相接，发电机和电网不存在直接耦 合。电网电压的瞬间降落 输出功率的减小 发电机的输出功率瞬时不 变 功率不匹配 直流母线电压上升 威胁到电力电子器件安全。 如采取控制措施稳定直流母线电压，必然会导致输出到电网的电流增大， 过大的电流同样会威胁变流器的安全。当变流器直流侧电压在一定范围波动时， 电机侧变流器一般都能保持可控性，在电网电压跌落期间，电机仍可以保持很好 的电磁控制。所以同步直驱风机的低电压穿越实现相对双馈感应异步风机而言较 为容易。 综上所诉，我们可以看出双馈感应异步风机的低电压穿越最难实现并且是国 内外目前使用的主要机型。下面我们就针对对双馈感应异步风机的低电压穿越技 术进行进一步的介绍。
低电压穿越的种类——引入新型拓扑结构
（2）串联连接变流器： ）串联连接变流器： 图a)： 通常双馈感应发电机的背靠背式励磁变流 器采用这种与电网并联方式 意味着励磁变流器能向电网注入或吸收电 流。 图b)： 变流器通过发电机定子端的串联变压器实 现与电网串联连接，发电机定子端电压为 网侧电压和变流器输出的电压之和。控制 变流器的电压来控制定子磁链 有效的 抑制磁链振荡 阻止转子侧大电流的产 生、减小系统受电网扰动的影响
低电压穿越简介 4、电压降落对不同风机的影响： 、电压降落对不同风机的影响
三种主要的风机拓扑： 定速异步风机（FSIG）;同步直驱风机（PMSG）;双馈感应异步风机（DFIG） FSIG&和DFIG:定子侧直接连接电网 直接耦 合 电网电压的降落直接反映在电机定子端电 压上 电网电压瞬间跌落 定子磁链不能跟 随定子端电压突变 转子继续旋转产生较大的 滑差 转子绕组的过电压和过电流。 ∴如果对电压跌落不采取控制措施限制故障电流， 较高的暂态转子电流会对脆弱的电力电子器件构 成威胁；而控制转子电流会使变流器电压升高， 过高的电压一样会损坏变流器；因此DFIG的低 电压穿越 实现较为复杂。
低电压穿越的种类——引入新型拓扑结构
2、新型拓扑结构： 、新型拓扑结构：
（1）新型旁路系统 ）新型旁路系统：
在双馈感应发电机定子侧与电网间串联反 并可控硅电路。 特点：电网电压跌落再恢复时，在电压回 升以前，将双馈感应发电机通过反并可控硅电 路与电网脱网。脱网以后，转子励磁变流器重 新励磁双馈感应发电机，电压一旦回升到允许 的范围之内，双馈感应发电机便能迅速地与电 网达到同步。再通过开通反并可控硅电路使定 子与电网连接。这样可以减小对IGBT耐压、 耐流的要求。
3种技术的对比
新型拓扑结构 合理的励磁控制策略
优：无须添加新的装 置，制造成本低，在 不改变系统的硬件设 备的条件下，即可进 行多次反复的研究测 试，十分方便。 缺：考虑不全面就会 导致在某些条件下低 电压穿越达不到预期 效果。无法大规模投 入使用。
优：采用新型旁路可实 现减小对IGBT耐压、耐 流的要求；减少双馈感 应发电机的脱网运行时 间；减小系统受电网扰 动的影响，强化电网。 缺：需要增加系统的成 本和控制的复杂性。考 虑到定子故障电流中的 直流分量，需要可控硅 器件能通过门极关断， 这要求很大的门极负驱 动电流，驱动电路太复 杂。