Crowbar电阻用在风力发电机转子侧
内置Crowbar电路的双馈风电机组短路特性研究
内置Crowbar电路的双馈风电机组短路特性研究双馈风电机组是一个两级变速风力发电系统，具有双馈变流器、电网耦合变流器、风机转矩控制和启动系统等。
其中，内置Crowbar电路是一种非常重要的保护机制，在风电机组中保护转子和发电模块，当转子电压过高或短路时，它会很快的把电路短路，以保证风电机组的安全运行。
本次研究旨在分析内置Crowbar电路对双馈风电机组短路特性的影响。
首先，在分析内置Crowbar电路的工作原理之前，需要了解双馈风电机组的构成和运行原理。
双馈风电机组包括发电机、转子、齿轮箱、葉片和控制系统等。
发电机由定子和转子组成，定子固定在机座上，转子则安装在主轴上。
齿轮箱连接葉片和发电机，将风能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能，最后送入电网进行供电。
双馈风电机组的电路分为两个部分：直流电路和交流电路。
直流电路包括测量电流、电压、速度信号的测量器、滤波器、双馈转换器、电容器等。
交流电路则由变流器、电容器等组成。
双馈转换器包括一个定子和一个转子的变压器、两个桥式整流器和两个桥式逆变器，用于控制转子电流的相位和大小，同时保持电力系统的平衡。
控制系统负责风能转换和发电机的速度控制。
当双馈风机叶片运行时，旋转的叶片会推动齿轮箱，而齿轮箱则转动转子，进而产生电能并输入电网。
同时，转子上的变频器也会根据叶片的运动情况控制电能的输出，以实现风电机组的效率最大化和输出控制。
在双馈风电机组中，内置Crowbar电路是一个重要的保护机制。
它是一种电压保护电路，当转子电压过高或短路时，将在短时间内将电压短路，以防止其在高电压下运行并保护发电模块。
内置Crowbar电路主要分为两个部分：测量部分和保护反应部分。
测量部分主要用于测量转子电压和转子电流，采用了变压器的原理，通过电压和电流的变化实现电路的开闭。
保护反应部分则是在测量到转子电压或电流异常时，通过短路的方式保护发电模块。
当测量到电压或电流异常时，保护反应部分会立即发送一段持续时间非常短的负载电流，瞬间把电路短路，以防止转子运行在过高或短路的电压下，同时停止电流的产生，减小人员和设备的安全风险。
Crowbar在双馈风力发电机组低电压穿越中的应用
Crowbar在双馈风力发电机组低电压穿越中的应用摘要：根据国家电网的风电场接入技术的规定，风电场应具备外部电压故障下不间断运行能力，即电网故障时风电机组应能保持与电网连接并向系统不间断供电。
为保护转子励磁电源和发电机组，常采用Crowbar保护电路来限制电压跌落时转子回路的最大电流。
本文研究了电网电压跌落时，双馈发电机组的运行行为，通过实验验证了Crowbar保护电路的有效性。
关键词：风力发电机组；Crowbar；低电压穿越；1 引言近年来，风力发电在各国发展迅速。
随着风电在电网比例的增加，并网发电系统稳定运行越来越受到国家的重视。
对于变频恒速双馈风力发电机，在电网电压跌落的情况下，由于与其配套的电力电子变流设备属于AC/DC/AC型，容易在其转子侧产生峰值涌流，损坏变流设备，导致风力发电机组脱网。
如果大量的风电机组因电网跌落故障同时脱网，就会造成电网的不稳定，甚至崩溃。
为了维护电网的安全稳定，世界各国电网运营商都推出了各自风电并网低电压穿越（LVRT）导则。
在我国，风电机组有无低电压穿越能力已成为风机的准入门槛。
对于目前尚不具备低电压穿越能力且已投运的风电场，需要进行机组改造工作，以具备低电压穿越能力。
因此，在电网故障情况下的风电机组低电压穿越能力现在已成为研究的热点。
目前，双馈型风力发电机（DFIG）占据着风力发电装机容量的主导地位，国内外对DFIG的低电压穿越能力研究较多。
针对电压跌落瞬间的过电流和过电压，虽然可以通过控制算法从软件上来抑制，但是其控制效果依靠变流器容量及电机参数等因素，且控制效果有限。
2 风电机组低电压穿越能力要求当电网发生故障时，风电场需维持一段时间与电网连接不脱网，甚至要求风电场在这一过程中能过提供无功以支持电网电压的恢复，即低电压穿越。
由中国电科院为主要起草单位编写的国家标准GB/T 19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》已于2011年正式发布，其内容对风电场低电压穿越能力进行了明确规定：a）风电场内并网电压跌至20%标称电压时，风电场内的风电机组应保证不脱网连续运行625ms。
对crowbar电路的双馈异步风力发电机组低电压穿越能力的认识和了解
对crowbar电路的双馈异步风力发电机组低电压穿越能力的认识和了解摘要:本论文在阐述双馈风力发电机组的数学模型理论及其工作原理的前提下，同时对低电压穿越理论加以分析，基于2类被动式与主动式Crowbar电路来探讨有关crowbar电路的双馈异步风力发电机组低电压穿越能力的认识和了解。
关键词：crowbar电路，双馈异步，风力发电机组，低电压，穿越能力1引言在最近几年中，变速恒频风力发电的技术在快速地发展，风电机组单机的容量由最先的数十千瓦发展至兆瓦级机组，同时因为国家能源的需求日益递增，国家政策也非常地关注可再生型能源，数倍地递增新建设的风电场，其主要的构成以变速恒频的风电机组为主。
在现实运作的过程中，变速恒频风力发电机组中的双馈感应发电机(Double—Fed Induction Generator，DFIG)又是其中占据了较大的比例。
DFIG就转子一方采纳的是小容量的双PWM变流器加以并网，进而对励磁电流在幅值与相位加以改变，从而完成发电机组输出在有功与无功指标的单独性调节；根据DFIG的转子与定子内部所存在的励磁联系，通过变流器通过转差式功率即能够调节风力发电机组具体的转速，完成最大程度的风能捕获，加强风能的使用与转变的效率。
但是，正因为采纳的是小容量的变流器，从而弱化了抵抗体系电压的跌落功能[1]。
由于DFIG所占据的比例愈来愈大，其和电网相互内部的影响愈来愈重要。
根据电网规程的新要求，若电网出现故障时，比如电压跌落于一定的范围内，风力发电机设备须与电网联系起来，同时，定子绕组内会出现不小的冲撞式电流。
因为发电机定组与转子内部所存在的电磁耦合联系，还会造成转子侧的过流后果。
而转子一边的电流会马上递增，从而造成直流一侧电压的递增，机侧变流器电流、有功与无功均会出现振荡现象，如果不在此时采纳必要的技术措施，电网即会切除DFIG体系。
而DFIG的低电压穿越(Low Voltage Ride Through，LVRT)能力也变成学术界一个重要的研究项目。
Crowbar 电路对双馈风力发电机组的影响
Crowbar 电路对双馈风力发电机组的影响张毅;齐新杰;买秀芳;徐立亮;常喜强;马瑞【摘要】With the depletion of natural gas , petroleum and other traditional energy sources and the constantly intensifying situ -ation of air pollution , it forces people to look for a new type of non -pollution energy as a replacement of traditional energy .In recent years , wind power and other clean energy get rapid development under the support of the national energy strategy .How-ever, when wind power is in the rapid development , it also exposes many shortcomings and flaws .Aiming at the vulnerability of doubly-fed wind power generation system , based on the simulation model of doubly -fed wind power generation system with Crowbar protective circuit adding in rotor side , and through the simulation analysis of the switching of Crowbar protective circuit, the influence of Crowbar protective circuit on doubly -fed wind power generation system is studied .%随着天然气、石油等传统能源面临枯竭，空气污染不断加剧的局面，迫使人们寻找一种无污染型的新型能源作为传统能源的替代者。
基于可调整电阻Crowbar电路的双馈风电机组低电压穿越方法
形成暂态电压和电流。由式(1 "—式(3 )得到转子 暂态电压方程：
2； = 2(+R(；+&L(6；
(4)
转子侧的暂态开路电压方程为
L
.
1
2( =)*［5 3S%-(1-)( 21-22)a-，］ (5)
解转子电压方程得电网发生故障后的DFIG转
子电流61时域方程［10］为
厂 _ 丄［a-R #2( t) dt -R Rh
&厶
s
(3)
其中,'表示定子时间常数;+表示转差率；21、2
调节电阻转子侧变流器直流侧
Crowbar电路
RSC
电容器
图2转子侧等效电路
Fig. 2 Rotor equivalent circuit
2电网故障下 C owba 投入前后的
转子电流
2. 1 Crowbar 投入前
当电网发生故障时,DFIG电机进入暂态过程,
基于可调整电阻 Crowbar 电路的双馈风电机组 低电压穿越方法
高昕，孙圣凯
（安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南232001）
摘 要：针对传统固定阻值Crowbar保护电路很难共同抑制转子电流和直流母线电压的升高这一缺陷
提出了一种基于可调整Crowbar电阻阻值的双馈风力发电机组低电压穿越方案，建立了可调整阻值的控制
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。
基于Crowbar电路的双馈风力发电机组低电压穿越仿真研究
基于Crowbar电路的双馈风力发电机组低电压穿越仿真研究随着风力发电技术推广，风电场容量逐步增大，低电压穿越技术得到特别重视。
风力发电系统实际应用的一种发电机——双馈异步感应发电机，本文选取该发电机为研究对象。
在电网电压出现跌落后，风电机转子侧的电流变大，定子的电流变大，电磁转矩大幅波动，转速升高，极有可能出现脱网事故，甚至引发更大的连环事故。
为在电网故障切除后，及时恢复电网电压、提高电网稳定性，这就要实现在故障发生后一段时间内风电机组不能脱网。
提高低电压穿越能力的方法有很多，主要集中在两个方面，一是硬件电路的改造，二是控制策略的改进。
利用MATLAB建立了风电并网系统模型，在有/无电网故障情况下，分别进行仿真。
本文从低电压穿越技术中选取一项较为成熟的技术——Crowbar电路，对其进行分类，选取了主动式电路中的整流桥式，并分析该电路的控制策略。
在搭建的风电并网模型中应用，验证该电路能减小电磁场中的直流分量，使在故障期间减弱对电机的冲击。
因Crowbar 电路中的电阻对系统影响较大，着重分析电阻值对发电机转子侧电流、电磁转矩和变换器直流侧电压的影响，发现电阻阻值的选取不能过大也能过小。
此外，还分析Crowbar电路切除时间对系统的影响。
目录1绪论 (2)1.1我国的风能资源及利用状况 (2)1.2 世界风电技术的发展及待解决问题 (3)1.3本文的主要工作 (3)2双馈风力发电机系统 (4)2.1 双馈异步风力发电机概述 (4)2.2 双馈异步发电机工作原理 (4)2.3 交流励磁电源工作原理 (5)2.4本节小结 (7)3低电压穿越技术研究现状及标准 (7)3.1低电压穿越技术概述 (7)3.2低电压穿越技术的国内外研究现状 (8)3.3低电压穿越技术的不同国家标准 (8)3.4 基于MATLAB的双馈感应风力发电机低电压穿越仿真 (10)3.4.1 基于MATLAB的双馈感应发电机（DFIG）模型 (10)3.4.2 电网故障对风力发电系统的影响分析 (13)3.5本节小结 (17)4Crowbar电路在双馈感应风力发电机中的应用 (17)4.1 Crowbar电路保护原理 (17)4.2 Crowbar电路分类 (18)4.2.1被动式电路 (18)4.2.2主动式电路 (19)4.3 Crowbar电路在风电并网中应用的仿真分析 (20)4.4 电阻阻值对故障下发电系统参数的影响 (21)4.4.1阻值对转子电流的影响 (21)4.4.2阻值对电磁转矩的影响 (23)4.4.3 阻值对直流侧母线电压的影响 (25)4.5 Crowbar电路的切除时间对系统参数的影响 (27)4.6 本节小结 (31)5总结与展望 (32)5.1总结 (32)5.2展望 (33)1绪论1.1我国的风能资源及利用现状我国陆地面积广阔，海岸线长，现有的风能资源非常丰富。
基于Crowbar保护控制的交流励磁风电系统运行分析
基于Crowbar保护控制的交流励磁风电系统运行分析随着越来越多的交流励磁风力发电机接入电网运行，新的电网运行规则要求发电机在电网电压跌落时仍能保持不间断运行。
为保护转子励磁电源和发电机，常采用Crowbar保护电路来限制电压跌落时转子回路的最大电流。
文中通过仿真详细研究了电网故障时交流励磁风电系统的运行行为，就电压跌落程度及旁路电阻取值对Crowbar保护控制的影响以及采用Crowbar电路的系统运行特点进行了讨论分析。
仿真结果验证了Crowbar电路的有效性，该方法可实现故障时交流励磁风力发电机不间断运行。
关键字：Crowbar保护控制 交流励磁风电系统 运行 分析0 引言交流励磁变速恒频风力发电技术是目前最具应用前景的风力发电技术之一，已成为国内外的研究热点。
随着交流励磁风电机组单机容量和风电场规模的增大，发电机与电网之间的相互影响作用显得日益重要。
新的系统运行导则要求在电网电压跌落时交流励磁风电机组仍具有不间断运行能力。
在故障期间，发电机和电网仍继续保持连接，故障切除后，发电机迅速恢复正常运行，为系统提供必要的有功和无功功率支持，减少电压崩溃的危险，提高系统的稳定性。
目前主要采用Crowbar电路来实现电压跌落时交流励磁发电机不间断运行。
该技术在电压跌落时切除发电机励磁电源，投入转子旁路保护电阻来限制转子回路的最大电流，达到保护转子励磁电源和发电机的目的。
本文分析了电网电压跌落时发电机的暂态运行行为和Crowbar电路的保护控制原理。
对一台基于Crowbar保护控制的交流励磁风力发电机系统进行了仿真计算，分析了电网故障时发电机系统的运行行为，以及电压跌落程度和旁路电阻取值对Crowbar保护控制的影响，最后就电压跌落时采用Crowbar电路的系统运行特点进行了讨论。
1 电网电压跌落时发电机系统的控制1.1 电压跌落时发电机的Crowbar保护控制电网电压正常时的发电机定子电压方程可表示为空间矢量形式：①式中：u s、i s和Ψs分别为静止坐标系下定子电压空间矢量、定子电流空问矢量和定子磁链空间矢量；R s为定子绕组电阻。
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。
基于IGBT技术风电变流器Crowbar电路设计
本文为以风力发电变流器的保护装置—Crowbar电路作为研究对象，选择IGBT作为Crowbar电路的主开关器件。首先详细的分析了IGBT的工作特性，IGBT驱动及其保护电路的设计。结合国家电网公司关于风电接入电网的规定以及电压跌落时双馈式和直驱式风电系统工作过程和工作方式，分别设计了适合于双馈和直驱的Crowbar电路。并以1.5MW双馈变流器和850KW全功率变流器为例，选择了主要的开关器件，设计了驱动电路及其保护电路。并对设计结果进行了仿真和实验验证。仿真和实验结果表明，在电压跌落期间，所设计的Crowbar不仅能在电压跌落期间较好的完成对变流器的保护，同时配合变流器系统完成低电压穿越功能。
在风力发电技术较为发达的一些国家，如丹麦、德国等陆续制定了新的电网运行准则，要求风力发电系统具有一定的低电压穿越能力(1ow voltage ride—through，LVRT)，我国颁布的《国家电网公司风电场接入电网技术规定》对风力发电低电压穿越的能力也做了明确规定[2]。
图1-1国家电网公司对低电压穿越的规定
变流器作为风电机组的核心部件，必须具备这个功能。由风力发电系统基本原理可知，在电压跌落过程中，系统会产生大电流和高电压，因此必须在变流器系统中设计保护装置防止对变流器造成损坏。
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Crowbar电阻用在风力发电机转子侧，用于旁路转子侧变流器。
当电网发生低电压扰动时，防止直流母线电压过高和转子电流过大。
主要工作在故障状态，阻尼定子磁链。
Crowbar电阻能在瞬间把巨大的能量耗散掉。
风力发电低电压运行能力线：
Crowbar电阻的寿命评估：
200J 1次/秒220KJ 1次/30分钟350000次（20年寿命）640KJ 1次/星期
1000次（20年寿命) 1360KJ 1次/月250次（20年寿命）
电网跌落曲线图：
体积：350×250×150（mm）
电阻材料小于1公斤
制动电阻器的阻值：R
制动电阻器的阻值：
Udc：所选变频器制动回路的斩波电压值
K：所需的制动转矩倍数1.2-2.0
P：所选变频器的功率
制动电阻器的功率：Pr
Po：电机的功率
ΔK：制动电阻器短时工作允许过负荷倍数，具体数值根据工况查图取值P1：系统所需的平均制动功率
h：传动效率，传动的机械系统在制动时，提供与效率相应的制动阻尼0.2：电动机的内阻消耗了20%的制动能量
ED制动率以100S运行为一个周期，制动时间所占比率：
根据制动电流Udc/R与制动率ED选择制动单元。