中国电网导则：低压穿越新要求

中国电网导则：低压穿越新要求

IkerEsandiUriz

（Ingeteam公司西班牙纳瓦拉市 31612）

摘要：传统设计上，双馈感应发电机对电压跌落非常敏感。过去，当发生电压跌落时，这类型风机即可从电网解列，以避免电压跌落故障进一步传播。双馈机组的主要缺陷是在发生电压跌落故障时，在发电机转子绕组侧感应出过电压，通过在转子绕组终端短接的方法来保护变流器，同时，在发电机受控状态下，使机侧变流器从转子绕组切出。如上所述，这个方案可以保护变流器，但是有大电流通过转子绕组。为了减小电流，多数制造厂家的方案是转子绕组中接入限流电阻。与此相比，Ingeteam开发了“智能撬棒”，可以保护变流器和发电机，带有主动式响应功能，来实现风机的低压穿越要求。关键词：低压穿越、改进方案、新型撬棒

0 导语

这篇文章所描述的是，根据中国新的电网导则对低电压穿越的要求，由Ingeteam提出的实现低压穿越的改进方案。

电网导则中提出低压穿越的要求是指在电网电压出现深度跌落时，要求风力发电机组能继续保持并网运行状态。中国电网导则所要求的低压穿越的电压图形如下图1所示。

图1：中国电网导则所要求的低压穿越电压图形

对所有电压故障，如果并网点的测量电压值在红线以上区域，要求风机必须保持并网运行状态，而在其它情况下，允许风机脱网。

此外，风机需具备通过注入无功电流来支持电网电压恢复的功能。尽管和其它电网导则相比，所要求的电压跌落程度并非苛刻，但此电网导则的苛刻点是支持无功电流注入的所要求的短暂相应时间。即在发生三相电压深度跌落瞬间，风机必须在75毫秒之内开始注入无功电流，注入的无功电流值符合以下公式的要求：

I T ≥1.5×(0.9-U T)×I N ，（0.2 ≤U T ≤0.9）（1）

此处的U T是指风机并网点的测量电压。

无功电流注入时间的要求即意味着电流提供设备的要求。

1 双馈感应发电机的低压穿越问题

传统设计上，双馈感应发电机对电压跌落非常敏感。过去，当发生电压跌落时，这类型风机即可从电网解列，以避免电压跌落故障进一步传播。

双馈机组的主要缺陷是在发生电压跌落故障时，在发电机转子绕组侧感应出过电压，通过在转子绕组终端短接的方法来保护变流器，同时，在发电机受控状态下，使机侧变流器从转子绕组切出。

如上所述，这个方案可以保护变流器，但是有大电流通过转子绕组。为了减小电流，多数制造厂家的方案是转子绕组中接入限流电阻。

与此相比，Ingeteam开发了“智能撬棒”，可以保护变流器和发电机，带有主动式响应功能，来实现风机的低压穿越要求。

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R3

T

R5

D1D3D5

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T

R5

Converter Control Unit

Heat Sink

图2：Ingeteam 变流器原理示意图

但现在，根据中国最新的电网导则对低穿无功电流注入的响应时间75毫秒的要求，上述智能撬棒方案因时间太短从而不能满足保证对风机系统的保护要求。这是因为，当智能撬棒启动时，变流器将切出，在变流器关断期间是不可能注入无功电流。

2 Ingeteam 改进方案

为了满足最新电网导则的要求，Ingeteam 开发的新型低压穿越方案可以减少无功电流注入响应时间以满足中国最新电网导则对低穿的要求。

在下图所示的三相电压深度跌落波形

图3：三相电压跌落20%

Ingeteam 的改进低穿方案可以使得风机在规定的时间内注入无功电流：

time (s)

G r i d V o l t a g e (p .u .)

time (s)

R e a c t i v e c u r r e n t (p .u .)

图4：在三相电压跌落20%时注入无功电流

图4显示的是新方案满足电网导则所要求的75毫秒无功电流注入响应时间和智能撬棒的无功电流注入响应时间。

3 不需要额外设备安装

这种新型撬棒保护系统方案的主要优点是它的模块化设计：该系统可以被安装在新变流器内或之前已运行的变流器内，可避免在风场安装额外的如STACOMs或FACTs等大型、昂贵的电力电子设备。

该系统可安装在旧型号风机上，对原设备只需很小且方便的改进即可实现。而且，该系统将会作为新型变流器系统本身的局部组成设备，在中国市场推广使用。

该新型保护系统的优点在于：

-新型撬棒可以保证变流器的集成度。

-提供低压穿越功能，且满足电网导则所要求的75毫秒无功电流注入响应时间的要求。尽管发电机和变流器需要承受电压故障的暂态过程，但这种瞬态故障类似于全功率变流器配置风机的瞬态故障。

-无需额外系统。

-易于安装在已运行的风机内或新产风机上。

图5：Ingeteam变流器整柜

4 结论

对风机厂家和变流器制造商来说，电压跌落故障意味着在变流器和电网方面的停机故障和不稳定故障。基于此，类似于Ingeteam的智能撬棒装置可以保护风机系统并实现低压穿越功能。

在过去几年，许多电网导则如中国新的导则都要求减少了无功电流注入响应时间，这就需要新型的硬件设备和改进控制策略。

通过研发，Ingeteam已开发出的新型撬棒系统完全满足最新电网导则的要求并能有效保护变流器设备。