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
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。
基于Crowbar的双馈异步风力发电系统低压穿越的仿真与分析
器 旁路从 而 保 护 电力 电子 器 件 。在 此基 础 上 ， 讨 论 了不 同切 除时 刻对 系统 的影 响 。 同时 ，在 双馈 电机逐 渐 向兆 瓦级 及 更 高 功率 发 展 时 ， 文 运用 本
子侧 供 电 ， Ｓ ０时 ， 子侧 向电 网反馈 能量 ， 当 ＜ 转 功 率流 动关 系如 图 ２所 示 。
关 键 词 ：风 力 发 电 ；双 馈 电 机 ；矢量 控 制 ； 压 穿 越 低
中图分 类号 ： Ｍ ３ ５ 文献标 志码 ： 文章编号 ：６３６４ （ ０ １ １ － ３ －６ Ｔ １ Ａ １７ －５ ０ ２ １ ） １０ ９０ ０
Ｓｍ ｕａｉｎ ａ ｉ ｌ ｔｏ ｎｄ Ａｎａｙ ｉ ｎ ｗ ｌａ ｅ Ｉ ｅ Ｔｈ ｏ ｇ ｆ ｌ ｓｓ ｏ Ｌｏ Ｖｏｔ ｇ ｄ ｒ ｕ ｈ ｏ Ｄｏ ｌ ． ｄ Ｉ ｕｃｉ ｎ Ｇｅ ｒ ｔ ｒ Ｗ ｉ ｄ Ｐｏ ｒ ｕｂ ｙ Ｆｅ ｎｄ ｔｏ ｎｅ ａ ｏ ｎ ｗｅ Ｇ ｅ ｒ ｔｏ ｓｅ ｓ ｄ ｏ ｏ ａ ｒ ｕｉ ｎｅ ａ ｉ ｎ Ｓｙ ｔ ｍ Ｂａ ｅ ｎ Ｃｒ ｗｂ ｒ Ｃｉｃ ｔ
迫 札 与柱 帚 应 闭 ２１， １ ） Ｊ ０１ ８（１ ３
率， 实现 双馈 电机 的 Ｌ Ｒ 。 Ｖ Ｔ 当出现严 重 的 电 网故 障 ， 改进 控 制 策 略 已 仅 难 以 控 制 过 压 、 流 Ⅲ 。 本 文 在 转 子 侧 加 入 过 ８ ｊ
Ｃ ｏ ｂｒ ｒｗ ａ 电路 ， 在过 流 时 触 发开 关 ， 转 子 侧 变 频 将
迫札 号植 刊应用２ １， １ ） ０１ ８（１ ３
新能源与风力发电 《 ｌ Ａ ＥＩ Ｉ ｃ
基 于 Ｃ ｏ ｂ ｒ的 双 馈 异 步 风 力 发 电 ｒｗ ａ 系统 低 压 穿 越 的 仿 真 与 分 析
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
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。
定子Crowbar电路模式切换的双馈风力发电机组低电压穿越控制策略
定子Crowbar电路模式切换的双馈风力发电机组低电压穿越控制策略周士琼;王倩;吕潇;倪亚玲;徐明雨【摘要】针对转子Crowbar电路的双馈风力发电机组低电压穿越需要闭锁变流器控制脉冲、直流母线电压波动无法较好地抑制,提出了一种定子Crowbar电路模式切换的双馈风电机组低电压穿越控制方案.电网发生故障时,定子Crowbar电路接入系统,双馈风电机组切换至感应发电机组模式下,转子侧变流器采用转子功率外环控制,网侧变流器采用功率协调控制方案,将机侧功率当作前馈量引入到网侧变流器控制策略中并向电网注入无功功率.仿真分析表明,所提控制方案在确保实现双馈风电机组低电压穿越的同时,能够有效地降低转子暂态电流、稳定直流母线电压,并向电网提供无功功率.%Rotor low-voltage ride through of doubly-fed wind turbine with Crowbar circuit needs to lock the converter control pulses,and DC bus voltage fluctuations can not be effectively reduced.Against the above,this paper proposes a control strategy of doubly-fed wind turbine low-voltage ride through with stator Crowbar circuit mode switching.When the power grid fails,the stator Crowbar circuit is connected tosystem,double-fed wind turbine is switched to induction generators mode,the rotor-side converter adopts rotor power outer-loop control,grid-side converter uses power coordinated control scheme,the generator side power is taken as feedforward quantity to be introduced grid-side converter control strategy and reactive power is injected into power grid.The simulation shows that the proposed control scheme can ensure the realization of low-voltage ride through of double-fed wind turbinegenerator,at the same time it can reduce rotor transient current,stabilize DC bus voltage and provide reactive power to the grid.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2017(045)004【总页数】7页(P33-39)【关键词】双馈风电机组;定子Crowbar;模式切换;无功支撑;低电压穿越【作者】周士琼;王倩;吕潇;倪亚玲;徐明雨【作者单位】西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;电子科技大学机械电子工程学院,四川成都611731;西南交通大学电气工程学院,四川成都610031【正文语种】中文由于传统常规的化石能源日益枯竭，人类将面临能源危机,寻找新能源受到世界各国的普遍关注。
基于Crowbar的双馈风力发电低电压穿越研究
Abstract ： With the development of wind power generator capacity and wind power system ， it is required that doubly -fed induction generator （ DFIG ） has the ability of low voltage ride through （ LVRT ） .At the symmetric fault of voltage dip ， considering the disadvantages of existing LVRT technologies ， an active Crowbar control strategy is proposed.After the voltage dip ， the rotor current increases sharply ， triggering the Crowbar circuit ， short circuit the rotor side converter
m dr r dr
， Ψqs=Lsiqs+ Lmiqr ， Ψqr =Lmiqs+Lriqr
ds
（1 ） （2 ）
这 里 建 立 了 一 台 2 MW 的 风 力 发 电 机 仿 真 模 型 ， 参 数 如 下 ： PN =2 MW ， UN =690 V ， f =60 Hz ， rs = rr =
u =r i -ω Ψ +pΨ r u =r i - ω Ψ +pΨ
， uqs=rsiqs+ ω1Ψds+pΨqs
dr
， uqr =rriqr +ω2Ψdr +pΨqr
使用DVR与Crowbar提高双馈发电机低压穿越能力
中图分类号 ： Ｔ Ｍ ６ １ ４ 文献标 志码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ０— ０ ６ ８ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３— ０ ０ ３ ６— ０ ６
Ｉ ｍｐｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈｅ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｌ ｏ ｗ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｒ ｉ ｄ ｅ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕｇ ｈ ｏ ｆ ｄｏ ｕｂ ｌ ｙ－ ｆ ｅ ｄ ｉ ｎ ｄ ｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｇ ｅ ｎｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｗｉ ｔ ｈ ＤＶＲ ａ ｎｄ Ｃｒ ｏ ｗｂａ ｒ
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｏ ｕｂ ｌ ｙ — ｆ ｅ ｄ ｉ ｎ ｄ ｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ａ ｔ ｔ ｈｅ ｆ ａ ｕｌ ｔ ｏ ｆ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｄ ｉ ｐ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ．Ｔｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｐ ｕ ｔ ｆ ｏ ｒ ｗａ ｒ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｓ ａ ｍｅ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ
Ｃ ｒ ｏ ｗ ｂ ａ ｒ （ 转子 撬棒 ） 以限制双馈 发 电机 转子侧 在 故 障期 间 的过 电流 。最 后 以 Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ环境 为仿 真 平 台 ， 构建 了与之相 对应 的仿真模 型 。仿真 结果 表 明 ， 在 电 网侧 发 生 电压跌 落故 障 时， 立 即
基于Crowbar保护的双馈感应发电机组的低电压穿越研究
ｅ ｐ ｅ ｓｏ ｓ ｏ ｓａｏ ａ ｄ ｏａ ｏ ａ ｅ ｄ ｄ ｃ ｄ ｎ ｅ ｔ ｅ ｘ ｒ ｓ ｉｎ ｆ ｔｔｒ ｎ ｒ ｔｔ ｒ ｒ ｅ ｕ ｅ ｕ ｄ ｒ ｈ ｃ ｎ ｉ ｏ ｆｓ ｍｍｅ ｒ ａ ａ ｌ ｏ ｅ ｅ ａｏ ， ｌｏ ｔｅ ａ ｐ ｏ ｒ ｔ ｏ ｄ ｔ ｎ ｏ ｙ ｉ ｔ ｃ ｌｆｕ ｔ ｆｇ ｎ ｒ ｔｒ ａ ｓ ｈ ｐ ｒｐ ａ ｅ ｉ ｉ ｃ ｏ ａ ｙ ｐ ｓ ｅ ｉｔｒｉ ｇｖ ｎ ｂ ｈ ｘｍｕ ｒ ｔｒｃ ｒｅ ｔ ｒｗｂ ｒ － ａ ｓｒ ｓｓｏ ｉｅ ｙ ｔｅ ｍａ ｉ ｍ ｏ ｏ ｕ ｒ ｎ ． ｂ ｓ
一
第 ２卷 ７
第 １期 ０
电网与清洁能源
６７
。
电抗 为转子 电抗 ； 中 ，ｒ 盯， ， Ｌ 其 ￡＝ ＋Ｊ Ｌ＝
１ Ｄ Ｉ 数 学模 型 ＦＧ的
含 有 Ｃｏ ｂｒ 护 电路 的双 馈 感 应 发 电机 结 构 ｒｗ ａ保 如图１ 所示 。 电 网电压 正 常时 ，ｒｗ ａ 护 电路 的 在 Ｃｏ ｂ褓
Ｉ Ｓ ＡＤ／ ｎＰ Ｃ ＥＭＴ ， ｈ ｉ ｅ ｅ ｔｃｏ ａ ｙ ｐ ｓ ｅ ｉｔｒ ｎ ＤＣ ｔ ｅ ｄｆ ｒ ｎ ｒｗｂ ｒｂ － ａ ｓ ｒ ｓｓ ｓ ａ ｄ ｆ ｏ
ｔ ｅｒｉ ａ ｔ ｏ ｈ ｙ ｔ ｍ ｒ ｉ ｌ ｔｄ ｈ ｎ ｔ ｅ ｃ ｒ ｃ ｎ ｓ ｈ ｉ ｍｐ ｃｓ ｎ ｔ ｅ ｓ ｓｅ ａ ｅ ｓｍｕ ａｅ ，ｔｅ ｈ ｏ ｒ ｔ ｅ ｓ ｅ ｏ ｅ ｆ ｒ ｌ ｓ ｖ ｒ ｅ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ａ ｏ ａ ｌ ｉ ｏ ｅ ｖ ｌ ｆ ｔ ｏｍｕ ａ ｉ ｅ ｆ ｄ ｎ ｈ ｅ ｓ ｎ ｂｅ ｔ ｈ ｉ ｉ ｍｅ ｆｒ ｒ ｍｏ ａ ｏ ｒ ｗ ａ ｏ ｆ ｅ ｙｔ ｅ ｓｍｕ ａ ｉｎ ． ｆ ｏ ｂ ｒｉ ｃ ｎ ｒ ｄ ｂ ｈ ｉ ｌｔ ｓ ｃ ｓ ｉ ｍ ｏ
采用Crowbar实现低电压穿越的风电场继电保护定值整定研究
第41卷第2期电力系统保护与控制V ol.41 No.2 2013年1月16日Power System Protection and Control Jan.16, 2013采用Crowbar实现低电压穿越的风电场继电保护定值整定研究车 倩，陆于平（东南大学电气工程学院，江苏 南京 210096）摘要：在双馈风机(DFIG)中使用Crowbar电路是提高风机低电压穿越能力的一种常用措施，为协调Crowbar与风电场集电线路保护动作之间的关系，提出了集电线路电流保护新的整定方法与控制策略。
在Matlab/Simulink中建立了含有Crowbar电路的风电场并网模型，投入Crowbar能够有效提高风机抵御电网电压跌落的性能，但使得风电场集电线路故障电流峰值减小并迅速衰减。
对此针对电流速断保护提出采用功率方向元件判断故障区结合快速保护算法，并对整定值进行修正，后备保护采用自保持电路并增加电压判据的控制策略。
仿真结果表明，该策略能够满足风电场联络线故障的可靠切除及主网故障时低电压穿越运行的要求。
关键词：Crowbar；LVRT；风电场保护策略Research on wind farm relay protection value setting based onCrowbar circuit LVRT technologyCHE Qian, LU Yu-ping(School of Electrical Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China)Abstract: Crowbar is commonly used in doubly fed induction generator (DFIG) to raise low voltage ride through capability. To coordinate Crowbar and contact line protection in wind farm, a new setting method and control strategy are proposed. Crowbar simulation model is built up in MA TLAB/Simulink. Crowbar circuit can improve the LVRT capability of the wind farm, but the current of the protection devices on the contact line decreases rapidly. In order to make protection act correctly, a control strategy is proposed, which combines power flow directional element with fast protection algorithms, corrects setting value for the instantaneous over-current protection, adopts self-maintaining circuit for the back-up protection and adds voltage criteria. The simulation result shows this strategy can make the fault on connection line be cut reliably and raise LVRT capability when faults are on the grid.Key words: Crowbar; LVRT; wind farm protection strategy中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1674-3415(2013)02-0097-060 引言近年来，风力发电发展迅速，但是风能作为一种具有间隙特性、刚性特征的能源，其大量接入对于电力系统的安全稳定运行带来了极大挑战。
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Crowbar在双馈风力发电机组低电压穿越中的应用
作者：周四平
来源：《科学与技术》2014年第11期
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。
b）风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到标称电压的90%时，风电场内的风电机组应保证不脱网连续运行。
图1 风电场低电压穿越要求的规定
如图1所示为对风电场的低电压穿越要求，风电场并网点电压在图中电压轮廓线及以上的区域时，场内风电机组必须保证不间断并网运行；并网点电压在图中电压轮廓线以下时，场内风电机组允许从电网切除。
对故障期间没有切出电网的风电场，其有功功率在故障切除后快速恢复，需要以至少10%额定功率/秒的功率变化率恢复至故障前的值。
3 Crowbar保护电路的应用
在转子侧增加Crowbar保护电路是双馈机型中常用的方法，目前采用的是主动保护的方式，即增加Active Crowbar部分。
Crowbar保护电路一般安装在是风力发电机组变频柜内，是实现低电压穿越的必备装置。
现今风力发电领域有两种主流机型：双馈风力发电机组和直驱型风力发电机组。
由于系统结构的差别和工作方式的不同，Crowbar保护电路的设计有较大差别。
双馈风力发电机组在电网电压跌落的情况下，定子磁链不能随定子端电压突变，从而产生直流分量，由于积分量的减小，定子磁链几乎不发生变化，而转子继续旋转，会产生较大的滑差，进而引起转子绕组的过电压和过电流。
如果电网出现不对称故障，在定子电压中会含有负序分量，负序分量可以产生很高的滑差，使得转子过电压和过电流的现象更加严重。
迅速增加的转子侧电流会导致转子励磁变流器直流侧电压升高，发电机励磁变流器的电流、有功功率和无功功率都会产生振荡。
4 低电压穿越实验
国家标准要求低电压穿越测试需要分别在大风速和小风速两种风况下进行测试，并且电网电压跌落需要分由两相短路和三相短路两种故障情况引起，测试点为电网电压跌落20%、35%、50%、75%、90%几种情况。
本实验选用大风速下由电网三相短路引起电压跌落90%的情况，低电压穿越实验地点是为内蒙古某风场，实验风机为1.5MW双馈风机。
在风机转子侧加装Crowbar装置后，为保证机组稳定运行，不发生功率振荡，需要同时降低机械转矩，即低电压穿越开始时要改变桨叶角度。
电网电压跌落前，风速21m/s，风机转速在1800rpm，风机处于满发状态；电网电压跌落时，低电压穿越开始，主控发出指令，命令桨叶适当收桨。
在低电压穿越过程中，从变频器监控软件中读取的曲线，如图2所示，监控的曲线依次为1发电机转速（rpm）、2定子电流（A）、3定子电压（V）、4转子电流（A）、5转子电压（V）、6有功功率（kW）。
图2 电网电压跌落90%时变频器主要参数监控曲线
在此低电压穿越过程中，风电机组不脱网连续运行；自电压恢复时刻开始，有功功率以至少10%额定功率/秒的功率变化率恢复至实际风况对应出力。
因此，大风速下由电网三相短路引起电压跌落90%时，该风机可成功实现低电压穿越。
5 结论
本文讨论了对风电机组低电压穿越的标准及要求，分析了Crowbar保护电路的原理，在添加Crowbar保护电路的同时，还对风电机组控制策略进行了调整，使其功率避免有大波动。
通过现场实验研究了电网电压跌落时采用Crowbar保護电路的双馈发电机组的运行行为，实验结果满足国家标准，验证了Crowbar保护电路的有效性。
[1]耿华.新能源并网发电系统的低电压穿越[M].北京：机械工业出版社，2014.
[2]朱永强.风电场无功补偿与电压控制[M].北京：电子工业出版社，2012.
[3]周鹏.双馈异步风力发电系统低电压穿越技术研究[D].杭州：浙江大学，2011.
作者简介：周四平（1978.9-），男，工程师。