一种风电变流器Chopper装置的测试方法

一种风电变流器Chopper装置的测试方法

吴伟亮1,2封阿明1简优宗1,2

（1. 南瑞集团（国网电力科学研究院）有限公司，南京 211106；

2. 国电南瑞科技股份有限公司，南京 211106）

摘要为保证电网低电压穿越故障下风电机组能正常运行，需要在风电变流器直流母线接入Chopper装置进行短暂能量控制。本文提出一种利用现有功率测试平台和软件模拟电网低电压穿越故障的方法来测试Chopper装置的电气性能。测试方法经济实用，具有很好的应用前景。实验结果验证了此方法的可行性。

关键词：风电变流器；Chopper装置；低电压穿越；能量循环；经济实用

The test method for the Chopper device of wind power converter

Wu Weiliang1,2 Feng Aming1 Jian Youzong1,2

(1. NARI Group (State Grid Electric Power Research) Co., Ltd, Nanjing 211106;

2. NARI Technology Co., Ltd, Nanjing 211106)

Abstract In order to ensure that the wind turbines can normally operate under the low voltage ride through fault of the grid, a Chopper device is necessary to access to the wind power converter DC bus for transient energy control. A method of using the existing power test platform and software to simulate the low voltage ride through fault of the grid is proposed to test the electrical performance of the Chopper device. The test method has a good application prospect because of its economy and practicality. The experimental results verify the feasibility of the proposed method.

Keywords：wind power converter; Chopper device; low voltage ride through; energy cycle; economical and practical

随着新能源的快速发展，风电能源在整个电网所占比例越来越大，因此，电网对风力发电机组接入提出了更高的要求，其中要求风力发电机组具备低电压穿越能力（LVRT）[1-6]，即在所连接电网发生故障导致风电场电压跌落后，风力发电机组能够通过低电压穿越保证不间断并网运行，从而避免了由于风电场的切出而严重影响电网系统运行稳定性的故障发生。

当电网发生低电压穿越故障时，风力发电机组并网点电网电压跌落，风力发电机组的能量送不出去，同时，风力发电机组本身的大机械惯性特性，能量会持续送往风电变流器，从而导致风电变流器能量输入输出的短暂不平衡，如果此时不加以控制，最终就会损坏风电变流器。为了保护风电变流器，同时实现低电压穿越功能，一般无论是双馈变流器还是全功率变流器，都会在直流母线接入Chopper 装置[7-10]。当母线电压高于设定值时，投入Chopper 装置进行能量泄放。

Chopper装置通常由IGBT功率模块串联泄能电阻组成，通过IGBT的开关控制Chopper装置的投入，目前，在Chopper装置设计完成后，需要对其电气性能测试，主要包括：IGBT功率模块的电流出力短时过载能力和泄能电阻的热容能力，Chopper 在设计时是利用其短时的过载能力，一般情况下，如果要对Chopper装置极限性能进行测试，就需要专门的低电压跌落硬件平台和变流器拖动平台。对于一般变流器厂家而言，不具备投入以上这些巨大设备的条件，只能借助风电整机厂家的测试平台或低电压认证测试机会，费钱费力。

本文提出一种风电变流器Chopper装置的测试平台及方法，能够利用风电变流器厂家现有的功率测试装置，通过软件模拟电网低电压穿越故障，对

离变压器、双馈变流器、机侧断路器。

图1风电变流器Chopper装置测试平台

电网接入接口外接电网，并分别与网侧隔离变压器、机侧隔离变压器的一端相连接。网侧隔离变压器的另一端与双馈变流器的网侧断路器相连接。机侧隔离变压器的另一端通过机侧断路器与双馈变流器的机侧相连接。测试时，电网接入接口、网侧隔离变压器、机侧隔离变压器、机侧断路器构成功

率测试回路，通过双馈变流器与Chopper装置相连接。

双馈变流器包括变流器网侧、变流器机侧、直流母线、网侧断路器、网侧接触器、预充电接触器和预充电电阻。Chopper装置并联在双馈变流器的直流母线之间。

2 风电变流器Chopper装置的测试方法

图2为风电变流器Chopper装置测试方法的流程图。

起动双馈变流器，闭合网侧断路器和预充电接触器，对直流母线预充电，然后分断预充电接触器，闭合网侧接触器，再闭合机侧断路器，将变流器网侧并网，使能电压电流双环控制，控制直流母线的电压为1050V，将变流器机侧并网，使能电流内环控制，通过控制内环电流给定方向，使得能量流动方向为电网流向变流器机侧，变流器机侧流向直流

图2风电变流器Chopper装置测试方法流程图

变流器网侧软件模拟电网低电压穿越故障，并设置故障类型及故障时间，在故障期间，变流器网侧进入低电压穿越运行模式，变流器网侧内三相全桥的开关管关断而停止工作。变流器机侧仍然往直流母线灌入能量，直流母线的电压被抬升。

根据低电压穿越控制策略，变流器网侧检测到直流母线电压超过Chopper装置动作上限值为1100V，触发Chopper装置动作，泄放直流侧能量。

经过泄放能量，直流母线的电压下降，低于Chopper装置动作下限值为1075V，Chopper装置退出动作。

变流器机侧一直往直流母线灌入能量，Chopper 装置工作模式为滞环模式，用于测试Chopper装置的电气性能。Chopper装置的动作频率可通过变流器机侧的给定电流大小控制。

当双馈变流器运行超过软件设定的电网低电压