简述风电机组低电压穿越技术要求及实现方式

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低电压穿越技术(2011-9-28)

风力发电低电压穿越技术1. 低电压穿越技术的提出在风电场容量相对较小并且分散接入时，系统故障时风电场退出运行不会对系统稳定造成影响。

随着风电装机容量在系统中所占比例增加，风电场的运行对系统稳定性的影响将不容忽视。

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，甚至以火电机组的标准对风电场提出要求。

包括低电压穿越（Low Voltage Ride Through ，LVRT ）能力，无功控制能力，甚至是有功功率控制能力等，其中LVRT 被认为是对风电机组设计制造技术的最大挑战。

2. 低电压穿越的定义及要求定义：低电压穿越（LVRT ），指在风力发电机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，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)。

要求①：我国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，要求该电网电机组能够保证不脱网连续运行。

3. LVRT 国内外研究现状风力发电系统，根据发电机转速，可以分为失速型与变速恒频型，其中变速恒频又可以分为双馈型和直驱型；根据传动链组成，可以分为有齿轮箱和直接驭动型；有齿轮箱又可以分为多级齿轮+高速发电机型与单级齿轮+低速发电机型。

目前市场上风机类型可概括为三类,即直接并网的定速异步机FSIG(fixed speed induction generator)、同步直驱式风机PMSG(permanent magnetic synchronous generator)和双馈异步式风机DFIG(doubly-fed induction generator)。

这三种机型, FSIG 属于淘汰机型，以后的发展趋势是PMSG 和DFIG 。

①目前，各国对低电压穿越的要求不同，其中在行业中影响最大的是德国的E.ON 标准。

②低电压穿越特性曲线主要是由故障期间的电压最低值（即低电压穿越曲线中U/UN 的最小值）电压最低点的时间长度和故障恢复时间来决定。

直驱风力发电机组低电压穿越实现方案综述

２．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＸｉｎｙｕａｎＺｈａｎｇｐａｋｏｕＷｉｎｄａｎｄＳｏｌａｒＰｏｗｅｒＳｔｏｒａｇｅ
ＤｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎＳｔａｔｉｏｎＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｚｈａｎｇｊｉａｋｏｕ０７５００２，Ｃｈｉｎａ；３．ＮｏＡｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４５，Ｃｈｉｎａ）
ｆｏｒＤｉｒｅｃｔ。ｄｒｉｖｅＷｉｎｄＴｕｒｂｉｎｅｓ
ＦｅｎｇＣｈｅｎ，ＷａｎｇＰｉｎｇ，ＬｉｕＨｕｉ，ＴｉａｎＴａｏ

（１．ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２２０６，Ｃｈｉｎａ；
Ｎｏ．９２０１３
华北电力技术
ＮＯＲＴＨＣＨＩＮＡＥＬＥＣＴＲＩＣＰＯＷＥＲ
５９
・
综述・
直驱风力发电机组低电压穿越实现方案综述
冯晨，王平，刘辉，田涛
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｏｌｕｔｉｏｎｔｏｇｒｉｄｆａｕｌｔ．Ｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｄｏｃｕｍｅｎｔｓｈａｖｅｍａｄｅｓｔｒｉｃｔｄｅｍａｎｄｓｔｏｗｉｎｄｆａｒｍ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｎｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｗｏｒｌｄｗｉｄｅｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈｄｅｍａｎｄｓ，ａｎａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｔｈｅｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｓｉｎｔｅｒｍｓｏｆｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇｔｈｅ“ ｐｏｗｅｒｉｍｂａｌａｎｃｅ ”ａｎｄ “ｃｕｒｒｅｎｔｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ，ｖｏｌｔａｇｅｌｕｆｃｔｕａｔｉｏｎ”，ａｎｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｆｏｒｔｈｅｖａｒｉｏｕｓｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｓ．Ｕｌｔｉｍａｔｅｌｙ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｓｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｒｅｃｔ — ｄｒｉｖｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ；ｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈ；ｐｏｗｅｒｉｍｂａｌａｎｃｅ；ｃｕｒｒｅｎｔｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ；ｖｏｌｔａｇｅｌｆｕｃｔｕａ —

风机低电压穿越标准

风机低电压穿越标准风机低电压穿越标准是风力发电系统中重要的技术要求和规范，旨在确保风力发电机组在电网故障或电压跌落时能够安全、稳定地运行。

下面将详细介绍风机低电压穿越标准的定义、目的、实现方法和实际应用。

一、定义风机低电压穿越标准是指风力发电机组在电网电压跌落时，能够保持并网运行，并且不发生停机或脱网等异常情况的能力要求。

在风力发电系统中，由于风速的不稳定性和电网的复杂性，经常会出现电网电压跌落的情况。

如果风力发电机组不能在低电压情况下保持稳定运行，将会对电网的稳定性和电力系统的可靠性造成严重影响。

因此，风机低电压穿越标准是衡量风力发电机组性能的重要指标之一。

二、目的风机低电压穿越标准的目的是为了确保风力发电机组在电网故障或电压跌落时能够持续供电，减少对电网的冲击和影响，同时避免风力发电机组的停机和脱网等情况发生，提高电力系统的可靠性和稳定性。

此外，风机低电压穿越标准还有助于保护风力发电机组的设备和部件，延长其使用寿命。

三、实现方法为了满足风机低电压穿越标准的要求，需要在风力发电机组的控制系统和结构设计等方面进行优化和完善。

以下是实现风机低电压穿越的常用方法：1.控制系统优化：通过对风力发电机组的控制系统进行优化，可以提高其在低电压情况下的运行稳定性。

例如，可以采用矢量控制方法，通过调节励磁电流来控制发电机的输出电压，使其在低电压情况下保持稳定运行。

2.增加储能装置：在风力发电机组中增加储能装置，如超级电容器、飞轮储能等，可以在电网故障或电压跌落时提供一定的电能支持，保证风力发电机组的正常运行。

3.采用变换器技术：通过采用变换器技术，可以实现对发电机输出电压的稳定控制，使其在低电压情况下保持稳定运行。

常用的变换器包括DC/DC变换器和AC/DC变换器等。

4.加强电网支撑：加强电网的支撑能力，提高电网的稳定性，可以有效降低电网故障和电压跌落的发生率，从而减少对风力发电机组的冲击和影响。

四、实际应用风机低电压穿越标准在实际应用中具有重要的意义和作用。

UP系列1.5MW风机整机低电压穿越功能实现方案-2.6

UP系列1.5MW双馈式风力发电机组低电压穿越功能实现方案国电联合动力技术有限公司风电设备技术研究所UP系列1.5MW双馈式风力发电机组低电压穿越功能实现方案1.低电压穿越的背景及意义1.1 低电压穿越的背景近年来，变速恒频风力发电技术在兆瓦级以上风力发电机的应用成为研究热点，在新安装的变速恒频风力发电机中，双馈感应发电机（DFIG）占到很大的比重，它使用双PWM变流器控制双馈感应发电机的励磁电流，一方面由于双馈感应发电机转子和定子间的电磁关系，变流器只需供给转差功率就可以调节风力发电机的转速，实现了对风能的最大捕获，大大减少了变速风力发电系统变流器的额定容量；另一方面，发电系统可以通过改变励磁电流的幅值和相位实现独立调节发电机输出的有功、无功功率，这可以保证风力发电厂运行与单位功率因数，减小电力系统的损耗。

另外也可以按照风场的要求来发出一定容量的有功和无功功率的容量。

双馈感应式变速恒频风力发电技术可以提高风能捕获能力和转换效率，改善并优化风力发电机组的运行条件，使得发电机组与电力系统之间能实现良好的柔性连接，便于实现并网操作，是一种优化的具有良好应用前景的风力发电解决方案。

但是真是因为DFIG风力发电系统使用了小容量变流器，因此减弱了DFIG系统抵御电网电压跌落的能力。

国内外进行的一些研究表明，当电网电压跌落到一定数值时，如果不加任何处理措施，DFIG系统将切出电网。

因此，需要研究在电网电压故障下如何使DFIG风力发电系统能够保持和电网的连接，并且能够对电网提供支撑来提高电力系统的稳定性。

1.2 风电机组低电压穿越的概念当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在一定电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行。

英文简称名称LVRT（Low V oltage Ride Through），该定义摘自《国家电网公司风电场接入电网技术规定（修订版）2009年2月》第3.8节。

1.3 风电机组低电压穿越对风电机组各设备的要求风电机组的低电压穿越对风电机组各设备有特殊的要求。

关于风电场低电压穿越问题

•
当转子侧电流超过设定值一定时间时，转子短路器被激活，转子侧变流器退出运行，电网侧变流器及定子侧仍不电网相连。一般转子各相都串连一个可关断晶闸管和一个电阻器，并且不转子侧变流器并联。电阻器阻抗值丌能太大，以防止转子侧变流器过电压，但也丌能过小，否则难以达到限制电流的目的，具体数值应根据具体情况而定。外部系统故障清除后，转子短路器晶闸管关断，转子侧变流器重新投入运行。在定子电压和磁通跌落的同时，双馈电机的输出功率和电磁转矩下降，如果此时风机机械功率保持丌变则电磁转矩的减小必定导致转子加速，所以在外部系统故障导致的低电压持续存在时，风电机组输出功率和电磁转矩下降，保护转子侧变流器的转子短路器投入的同时需要调节风机桨距角，减少风机捕获的风能及风机机械转矩，迚而实现风电机组在外部系统故障时的 LVRT功能。
•
crowbar触发以后，按照感应电动机来运行，这个只能保证发电机丌脱网，而丌能向电网提供无功，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，先保住控制系统丌跳。ABB 号称采用了一种ACtive CROWBAR来实现低压穿越功能。
二、机组造价影响
• 风电机组低电压穿越（LVRT）能力的深度对机组造价影响很大,根据实际系统对风电机组迚行合理的LVRT能力设计很有必要。对变速风电机组LVRT原理迚行了理论分析, 对多种实现方案迚行了比较。在电力系统仿真分析软件 DIgSILENT/PowerFactory中建立双馈变速风电机组及 LVRT功能模型。以地区电网为例,详细分析系统故障对风电机组机端电压的影响,依据丌同的风电场接入方案计算风电机组LVRT能力的电压限值,对风电机组迚行合理的 LVRT能力设计。结果表明,风电机组LVRT能力的深度主要由系统接线和风电场接入方案决定，设计风电机组 LVRT能力时,机组运行曲线的电压限值应根据具体接入方案迚行分析计算。

风力发电低电压穿越技术综述

风力发电低电压穿越技术综述摘要：改革开放以来我国经济快速发展，电力的需求也越来越大，多种发电技术百花绽放，但老旧的燃煤发电环境污染问题依然有待改善，核电的发展受诸多地理因素的限制，随着近期国家提出“碳中和”目标，新能源电力得到了快速的发展，风力发电的占比程度也逐步提升，与此同时也给电网的稳定运行带来很大的挑战。

由于目前低电压穿越能力已经成为风力发电的重要技术，如果瞬间发生电压低落，能够很好地防止风力发电机出现脱网情况。

本文笔者主要针对风力发电低电压穿越技术进行分析，分析电压跌落对风力发电产生的影响，并提出实现风力发电低电压穿越技术的有效方案。

关键词：风力发电；低电压穿越技术目前我国在风力发电的过程中，偶尔会出现电压跌落的情况，如果出现这样的问题，就可以通过低电压穿越技术，可以为电网提供无功功率，从而保证电网快速恢复运行。

因此，为了更好地保证电网的稳定运行，低电压穿越技术就成为了目前我国保证电网稳定运行重点工作。

同时，我国针对当前电网的发展趋势出台多项新的要求和规范，这就需要低电压穿越技术也要不断的更新，从而满足电网发展的需求。

1.风力发电机种类分析1.1定速异步发电机在风力发电机中定速异步发电机就是将电网与发电机定子直接链接，当出现电压跌落情况时，发电机定子电压就会出现异常下降情况，同时也会造成发电机定子的磁链出现直流现象，如果定子磁链出现故障就会导致发电机出现励磁分量。

这时候的发电机处在高速运转下就会产生转速差，转速差越大转子电流也会越大，造成转子电流异常增加。

1.2双馈异步发电机由于异步发电机和双馈异步发电机的链接原理基本相同，都是需要与电网进行连接，因此双馈异步电动机也会产生电压跌落问题，但是，与定速异步发电机不同的是，双馈异步电动机的转子侧方是需要连接变流器的，当转子运行时就会产生暂态电流，这种电流对发电机的影响很大，很容易影响发电机的使用寿命。

当发电机出现电压跌落时，就会造成变流器损坏，对电网也会有很大的影响，影响电力发电的稳定运行。

双馈型风电机组低电压穿越技术要点及展望

二、控制策略的改进
2、采用预测控制算法：通过预测未来的系统需求和风电机组的性能，可以提前调整风电机组的运行状态，以更好地适应低电压穿越过程。
二、控制策略的改进
3、优化保护策略：在低电压穿越过程中，系统的故障可能导致风电机组承受较大的冲击。因此，需要优化风电机组的保护策略，以保证其在故障情况下的安全运行。例如，可以引入更灵敏的故障检测机制，以及更快速的保护动作时间。
二、双馈型风电机组低电压穿越技术要点
这一要求所适用的工况不仅包含一般意义上的深度短时对称、不对称电压跌落，还应特别长时间单相（或两相）电压轻度跌落、高度不平衡时的运行工况。
三、展望
三、展望
随着风电在电力系统中的比例日益增大，双馈型风电机组低电压穿越技术的重要性也日益凸显。未来，这一领域的研究将更加深入，包括进一步优化控制策略、改进电力电子器件的性能、研发新的保护设备等。随着智能电网的发展，通过先进的预测技术和调度算法，将能够更有效地管理和调控风电发电量，从而降低电网电压跌落的风险。
三、结论
三、结论
本次演示对提高双馈型风电机组低电压穿越能力的方法进行了研究。通过优化发电机的控制策略、提高发电机的过载能力、加强对电力系统的管理和监控等措施，可以有效地提高双馈型风电机组的低电压穿越能力。然而，这些方法在实际应用中还需要进一步验证和完善。未来，随着技术的不断进步和应用实践的积累，双馈型风电机组的低电压穿越能力将会得到进一步提高。
双馈型风电机组低电压穿越技术要点及展望
目录
01 一、双馈型风电机组及其低电压穿越技术概述
03 三、展望
02 二、双馈型风电机组低电压穿越技术要点
04 参考内容
内容摘要
随着全球对可再生能源需求的日益增长，风力发电在全球范围内得到了广泛应用。然而，风力发电的特性使得电网在遭遇风力发电设备故障时，极易引发电网电压跌落，对整个电网的稳定运行构成威胁。在这其中，双馈型风电机组（DFIG）因其独特的运行机制，对电网电压跌落的响应特性尤为值得。本次演示将重点探讨双馈型风电机组低电压穿越（LVRT）的技术要点及未来发展趋势。

浅析双馈式风力发电机低电压穿越技术

浅析双馈式风力发电机低电压穿越技术双馈式风力发电机在风电场中使用越来越广泛，具有功率大、转速调节范围宽广、响应迅速等优点，但在低电压条件下运行时，容易出现穿越现象，严重影响了风电场的稳定运行。

因此，针对双馈式风力发电机的低电压穿越问题，人们提出了许多解决方案，其中较为常见的有功率控制策略、双馈式风力发电机容量调整策略、控制双馈式风力发电机的电动机及逆变器等。

功率控制策略是一种经济、简单的方法，通过调整风力发电机的输出功率实现防止低电压穿越现象。

具体方法是当电网电压下降时，风力发电机通过控制转子的转速，降低输出功率，从而防止其穿越。

然而，在实际应用中，这种方法存在着一定的缺陷，容易造成浪费风能现象，降低风电场的发电效率。

双馈式风力发电机容量调整策略是一种改进的方法，其思路是调整双馈式风力发电机的容量，提高其在低电压条件下的适应性，从而避免低电压穿越问题的出现。

这种方法比较灵活，容易操作，无需改变发电机的结构，但是实现上需要配备相应的控制器以及一定的调试成本。

另外，这种方法不能完全避免低电压穿越现象的出现，因此还需要配合其他控制策略的使用。

控制双馈式风力发电机的电动机及逆变器是一种相对较为复杂的方法，其思路是通过调整电动机及逆变器的控制方式，实现对发电机输出电流的调节，从而防止低电压穿越现象的发生。

这种方法虽然实现难度较大，但具有较高的控制精度和稳定性，可适用于各种不同类型的风力发电机。

同时，由于其控制精度高，可以有效防止风电场的系统失稳问题。

总之，解决双馈式风力发电机低电压穿越问题是一个复杂而又关键的技术问题，需要在实际应用中不断进行探索和实践。

各种控制策略的使用可以相互补充、协同作用，提高风电场的运行效率和稳定性，实现可持续发展。

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简述风电机组低电压穿越技术要求及
实现方式
（赵矛）
发生在今年的多次风电机组大范围拖网问题引起了电力行业对于风力发电的稳定性和安全性的重点关注。

2月24日，中电酒泉风电公司桥西第一风电场出现电缆头故障，导致16个风电场598台风电机组脱网。

国家电监会认为此次事故是近几年中国风电“对电网影响最大的一起事故”；4月17日，甘肃瓜州协合风电公司干河口西第二风电场因电缆头击穿，造成15个风电场702台机组脱网。

同日，在河北张家口，国华佳鑫风电场也发生事故，644台风电机组脱网；4月25日，酒泉风电基地再次发生事故，上千台风机脱网。

关于事故的原因，主要矛头直指很多风电机组不具备低电压穿越能力。

这轮事故频发的几大风电基地更是被指70%的机组不具备低电压穿越能力。

本文对风电机组的低电压穿越进行简述。

当电力系统中风电装机容量比例较大时，电力系统故障导致电压跌落后，风电场切除会严重影响系统运行的稳定性，这就要求风电机组具有低电压穿越（Low Voltage Ride Through，LVRT）能力，保证系统发生故障后风电机组不
间断并网运行。

风电机组应该具有低电压穿越能力，而对于风电机组的低电压穿越能力具体技术要求指标如下：
a）风电场必须具有在电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行620ms的低电压穿越能力；
b）风电场电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场必须保持并网运行；
c）风电场升压变高压侧电压不低于额定电压的90%时，风电场必须不间断并网运行。

风电机组低电压穿越能力的深度对机组造价影响很大,这也是之前很多机组不具备低电压穿越能力或者低电压穿越能力技术指标不能达标的原因。

通过此次大范围的风电机组拖网事故表明根据实际系统对风电机组进行合理的低电压穿越能力设计很有必要。

结合此轮事故的调查，及行业内通过对变速风电机组低电压穿越原理进行理论分析,对多种实现方案进行比较。

在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/PowerFactory中建立双馈变速风电机组及电压穿越功能模型。

详细分析系统故障对风电机组机端电压的影响,依据不同的风电场接入方案计算风电机组电压穿越能力的电压限值,对风电机组进行合理的电压穿越能力设计等多种技术手段及分析。

结果表明,风电机组电压穿越能力的深度主要由系统接线和风电场接入方案
决定。

设计风电机组电压穿越能力时,机组运行曲线的电压限值应根据具体接入方案进行分析计算。

需要改动控制系统，变流器和变桨系统进行配合。

我国的低电压穿越标准是20%电压，625ms，接近awea的标准。

对于风电机组而言针对不同的发电机类型有不同的低电压穿越实现方法，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。

风电制造商采用得较多的方法，是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）。

也就是在变流器的输出侧接一旁路crowbar，先经过散热电阻,再进入三相整流桥,每一桥臂上为晶闸管下为一二极管，直流输出经铜排短接.当低电压发生后,无功电流均有加大，有功电流有短时间的震荡，过流在散热电阻上以热的形式消耗,按照不同的标准，能坚持的时间要根据电压跌落值来确定。

当然，在直流环节上也要有保护装置。

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。

现在低电压
穿越能提供电网支撑的风机很少，这个是低电压穿越最高的级别，德国已经制定了相关标准。

今后随着技术的发展及要求的提高，低电压穿越的能力将会逐步提高，相信这一技术问题不会对风电行业的发展造成太大的障碍。

（作者系水电新能源事业部）。