具有低电压穿越能力的风电机组测试故障典型实例分析
双馈式风力发电机低电压穿越技术分析
双馈式风力发电机低电压穿越技术分析发布时间：2021-05-28T01:03:01.378Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第4期作者：严明1 王兴国2 贾鹏飞2 [导读] 风力发电是在我国新能源战略下开发与应用的新型发电模式，成为全球发展速度最快的清洁能源，也促使双馈式发电机成为应用最广的，集变速运行与變流器容量小优点为—体的风力发电设备。
1.中广核新能源投资（深圳）有限公司内蒙古分公司内蒙呼和浩特 0100001；2.中节能（内蒙古）风力发电有限公司内蒙古乌兰察布 0120002摘要：风力发电是在我国新能源战略下开发与应用的新型发电模式，成为全球发展速度最快的清洁能源，也促使双馈式发电机成为应用最广的，集变速运行与變流器容量小优点为—体的风力发电设备。
过去应用的保护设备要求与电网解列，失去电网的支撑作用，容易出现严重的连锁反应，基于此，当电网、电压跌落时风电场需维持一定时间，确保电网连接不发生解列，这一要求即为低电压穿越（LvRT）双馈式分离发电机因结构特征，存在诸多难点，比如，控制策略需满足不同机组、不同参数适应性，故障期间转子侧冲击电流与直流母线过电压均要在可承受范围内等。
本文将对双馈感应发电机模型进行分析，提出技术应用策略。
关键词：双馈感应发电机；风力发电；低电压穿越技术目前，变速恒频式风力发电机，尤其是双馈式风力发电机在应对电网故障能力方面存在较大缺陷。
电网发生故障容易导致风力发电机端电压跌落，造成发电机定子电流增加。
由于转子与定子之间的强耦合，快速增加的定子电流会导致转子电流急剧上升。
另外，由于风力机调节速度较慢，故障前期风力机吸收的风能不会明显减少，而发电机组由于机端电压降低.不能正常向电网输送电能，即有一部分能量无法输人电网，这些能量由系统内部消化，将导致电容充电、直流电压快速升高、电机转子加速、电磁转矩突变等一系列问题。
上述问题容易导致系统元器件的损坏。
针对此问题，目前国外许多电网运营商对风电场提出了强制性要求；电网电压跌落时，风电场须维持一定时间与电网连接而不解列，甚至要求风电场在此过程中能提供无功以支持电网电压的恢复。
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。
风电机组低电压穿越能力研究
风电机组低电压穿越能力研究风电机组低电压穿越能力研究【摘要】本文的研究内容共分为三个局部，首先是对低电压穿越能力定义，然后以此引出了低电压穿越的技术类型，最后一局部主要研究的是低电压穿越模型建立的原理。
【关键词】低电压；原理；风电机组；功能自2005年起我国的风电机组装机容量出现了迅猛的增长，其增长的速度和装机容量的建设，在世界范围内处于领先的地位，由于我国的风能潜力巨大，所以未来其将成为我国能源的主要来源。
1、低电压穿越能力的定义风力发电行业建设的初期阶段，风电机组在我国的电力机组中所占的比例相比照拟小，一旦发生风电场风电机组的脱网事故，对电网冲击的影响是有限的。
但是，随着风电机组装机容量随着风力行业的开展而不断的增大、电网的穿透率也相应的提高，如果出现风力发电机从电网上大规模脱网事故将对电力系统的恢复起到制约的作用，对电力系统的可靠性、平安性和稳定性都会带来不利的影响，确保风电机组不脱网，并且其对于电网电压的恢复还起到了一定的作用，这些都要求风力发电机能够具备低电压穿越能力。
我们可以将其概述为：当风力发电机的端电压出现降低，并且处于一定值的时候，风电机组不会从电网脱网，进而继续保持运行，其还能够为整个系统提供无功来实现系统电压的恢复。
而当风力发电机具备了低电压穿越的能力，就可以有效的防止保护动作的时间，当故障排除之后就可以快速的恢复运行。
最简单的我们可以定义为：小型发电系统在一定的时间内承受一定限值的电网低电压而不退出运行的能力。
2、低电压穿越技术类型低电压穿越对于风电机组来说作用是非常重要的，低电压穿越技术实现的类型主要分为三种，第一是比拟常用的短路保护技术，第二种是我国引入的新型拓扑结构，第三种技术是采用合理的控制算法的技术类型。
以下着重对第一种技术进行研究，其中比拟典型的是crowbar 电路。
其实现过程主要有两种，一种是利用硬件电路的增加实现，另外的一种是可以不增加硬件电路来实现。
不进行硬件电路增加实现低电压穿越。
风电机组低电压穿越测试相关技术分析
风电机组低电压穿越测试相关技术分析【摘要】风电接入电网的比例逐渐增大，同时也带来了相应的电网安全隐患。
为避免因风电脱网而造成大面积停电事故，对风电机组低电压穿越能力进行测试十分必要。
保证风电机组低电压穿越能力是风电大规模接入系统的重要前提。
本文阐述了风电机组低电压穿越测试的相关内容，并分析了如何选择低电压穿越测试的相关参数，提出了加强管理风电机组低电压穿越能力的相关意见。
【关键词】风电机组；低电压穿越能力；测试；技术0.前言近年来，风电在电网中的渗透比率越来越大，带来了很好的社会效益，同时也取得了相当可观的经济效益。
但风电机组由于没有具备低电压穿越能力，而导致大面积脱网事故的现象时有发生，引起了国家有关部门的高度重视。
为此，国家电网颁布了《关于开展并网风电机组低电压穿越专项检测工作的通知》和《关于印发风电并网运行反事故措施要点的通知》[1]，要求对风电机组低电压穿越能力进行测试，检测不合格的应进行升级改造，以确保风电接入电网的安全运行。
1.低电压穿越测试的原理和内容1.1低电压穿越测试的原理根据低电压穿越测试的原理要求，电压跌落必须以阻抗分压的形式出现。
而串联阻抗能够减少短路电流对电网的冲击力度，且对风机无显著的暂态响应。
电压跌落前后，串联阻抗可连接其中一个旁路开关，依靠并联阻抗连接短路开关产生电压跌落。
世界上现有两种低电压穿越测试设备：低压侧低电压穿越测试设备、中压侧低电压穿越测试设备。
这两种测试设备具有相同的基本原理，具有等效的并网点电压跌落效果，并得到国际认证。
1.2低电压穿越测试的内容影响风电机组低电压穿越特性的因素很多，诸如主控系统、变桨系统、变频器等，任意一项出现问题都可能会影响低电压穿越特性，造成潜在的脱网事故隐患。
因此，对风电机组进行低电压穿越能力检测非常重要。
⑴低电压穿越测试的形式：一般分为低电压穿越能力抽检测试、低电压穿越能力认证测试两种。
低电压穿越能力抽检测试是指风电机组已经在风电场，且具备了低电压穿越能力认证合格证书之后，对其再次进行抽样试验的测试。
分析风电机组低电压穿越能力影响因素
分析风电机组低电压穿越能力影响因素摘要：随着我国城市化进程的加快，我国城市建筑数量呈一个稳定增长的趋势，城市人口也越来越多，人们对电力资源的需求也越来越大，这为我国风电机组的发展提供了基础。
风电机组是构成我国电力资源的重要组成部分，它对于解决我国电力问题发挥了显著的作用。
只不过随着近几年我国风电机组规模的增长，出现了一系列的运行问题，比如风电机组在运行过程中出现了因为低电压穿越能力不足而导致的风电机组大面积脱网事件，严重阻碍了电力企业的进一步发展。
基于此，本文就对影响风电机组低电压穿越能力的相关因素进行了一个较为详细的概述。
关键词：风电机组；低电压；穿越能力；影响因素引言：在这几年的发展中，我国经济水平得到了一个显著的提升，经济的增长推动了各个行业领域的发展，基于我国电力发展需求，风力发电逐渐成为我国主要发电方式。
风电机组是风力发电的核心，通过风力发电，可以在一定程度上缓解我国能源匮乏的问题，所有我们要重视风电机组的管理。
风电机组在运行过程中，受外界因素影响，会出现各种各样的问题，最为突出的就是因为低电压导致穿透能力不足，使得风电机组出现大面积故障问题，不仅影响电力正常供应的稳定性，还会造成严重的经济损失。
一、低电压穿越能力的定义风力发电是近几年才逐渐发展起来的，所以风电机组在我国电力行业所占比例较低，随着我国对风电行业的大力扶持，风电机组得到了一个快速的发展，当然，也取得了一定的应用效果。
也正是随着风电机组数量的增加，风力发电过程中存在一些问题也逐渐突显了出来，风电机组数量越多，对电网的穿透效率就越高，如果在同一时间段出现大规模的脱网事故，会严重影响电力系统正常运行的稳定性。
为了提高风电机组的整体稳定性，我们需要进一步深化风电机组的低电压穿越能力，有效提高其风险抵御能力。
从另一个角度来说，为了风力发电机的端电压不会降低，使其保持在一个稳定状态下，我们需要保证风电机组低电压穿越能力符合运行标准，还能够通过无功运转的方式为系统供电。
风力发电系统低电压穿越技术分析解析
风力发电系统低电压穿越技术分析论文网作者：肖文英张振飞2011-12-2722:41:10 摘要：首先描述我国风电并网低电压穿越相关规定，然后介绍了在电网电压跌落时不同类型风力发电并网系统的暂态现象及其相应的低电压穿越方案。
关键词：风力发电；电压跌落；低电压穿越作者简介：肖文英（1978-），女，湖南邵阳人，湖南工学院电气与信息工程系，讲师；张振飞（1966-），男，湖南衡阳人，湖南工学院电气与信息工程系，高级实验师。
（湖南?衡阳?421002）中图分类号：TM614?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2011）24-0115-02随着风力发电规模的不断扩大，低电压穿越已成为实现风电并网的关键技术，它要求当电网故障或扰动引起风电场并网点电压跌落时，风力发电机不脱网运行，而且还要给电网提供无功功率，帮助电网恢复，从而安全“穿越”这个低电压时间（区域）。
我国正在制订风电并网新标准，准备对风力发电系统的低电压穿越测试提出更高的要求，因此研究风电机组的低电压穿越技术具有重要现实意义。
一、我国风电并网低电压穿越相关规定不同国家或地区根据电网状况不同，所提出的低电压穿越要求不尽相同。
我国根据实际电网结构及风电发展情况制定了风电场接入电网技术规定，其中，对风电机组低电压穿越能力也做出了详细的规定，如图1所示。
只有当电网电压跌落低于规定曲线以后才允许风力发电机脱网，当电压在凹陷部分时，发电机应提供无功功率。
二、不同类型风机电压跌落暂态现象当前市场上主要风机类型可分为三类，如图2，即直接并网的定速异步发电机、同步直驱式风力发电机和双馈异步式风力发电机。
1.定速异步发电机的暂态现象定速异步发电机的定子直接接电网，电网电压降落引起电机定子端电压下降，造成定子磁链出现直流成分，如果发生的是不对称故障，还会出现负序分量。
这样相对于高速旋转的电机转子会产生较大的转差，转差增大，转子电势也会增大，从而形成较大的转子电流。
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。
双馈型风力发电机低电压穿越仿真分析
姜 传 ， 肖湘 宁
（ 华北 电力 大学 ， 京 １ ２ ０ ） 北 ０ ２ ６
摘 要： 针对 双馈 型 风 力 发 电机 在 低 电压 穿 越 过 程 中所 遇 到 的 定 转 子 过 流 问题 ， 用 主 动 撬 棒 电路 旁 路 转 子 侧 变 采
流 器 解 决 ， Ｍａｌ ／ ｉ ｌ ｋ中建 立 了模 型 并进 行 了仿 真 分 析 ， 在 ｔ ｂ Ｓｍｕｉ ａ ｎ 仿真 结 果 验 证 了主 动 撬 棒 电路 能 够 有 效 实 现 双 馈
型 。 当其 定 子直 接 并 网 ， 致 其对 电网故 障 比较 敏 导
感， 特别是 当 电网 电压 发生跌 落时 ， 往往需 要脱 离电 网以避 免对 变 流器 造 成损 坏 ， 就使 得 双馈 感应 风 这 力 发 电机组 不 能像 常 规 电厂那 样 在 系统 故 障 时 ， 向 电网提 供必 要 的有 功 和无 功 功率 支 持 ， 不 利 于 电 这 网的安全稳 定运 行 。为 了实现故 障期 间双馈机 的不 脱 网运 行 ， 目前 在一 些 大公 司 的产 品 中采用 了主动 撬 棒 （ｃｉｅｃｏ ａ ） ａｔ ｒｗｂ ｒ 技术 ， 用这 种方 法 可 以使 双 ｖ 采
组 必 须具 备低 电压 穿 越 能力 （ ＶＲ ， 电 网 电压 Ｉ Ｔ） 即
跌 落 时 ， 电 场 须 维 持 一 定 时 问 与 电 网 连 接 而 不 解 风
列 ， 至 要求 风 电场 在此 过 程 中能 提供 无 功 功率 以 甚
支持 电 网电压 的恢复 。
双馈 感 应 式风 力 发 电机 （ Ｆ Ｇ） 目前 主流 机 Ｄ Ｉ 是
Ａｂｓｒ ｃ Ｄｕｒｎｇ ｔ ｅ ｉ ｉ ａ ｔ，ｏｖ ｒ ｃ ｒ ｎｔａ ｖｅ — ｏｌａ ａ ｎｄ ｅ ｎ ｓ ａｏｒａ ｏ ｏ ｎ ｎｇ． ｔ ａ ｔ： ｉ ｈｅ ｐ ｒｏｄ ｏｆａｇｒｄ ｆ ｕｌ ｅ — ｕｒ ｅ ｎｄ ｏ ｒ ｖ ｔ ｇｅｗ ｓ ｉ ｕｃ ｄ ｉ ｔ ｔ ｎｄ ｒ ｔ ｒ ｗｉ ｄｉ Ｉ ｏｒ ｒ ｔ ｒ ｔ ｃ ｈ ｏｎ ｒ ｅ ｎ ｄｅ ｏ ｐ ｏ ｅ ｔｔ ｅ ｃ ｖｅ ｔ ｒ，ａ ｔｖ ｒ ｗ ｂ ｒ ｗ ａ ｓ ｄ ｔ ｈｏ ｔｄｏ ｃ ｉ ｅ ｃ ｏ ａ ｓ ｕ ｅ ｏ ｓ ｒ ｕｂｌ ｆ ｄ ｉ ｕｃ ｉ ｎ ｒ ｔ （ ｙ—ｅ ｎｄ ｔｏｎ ｇｅ ｅ ａ ｏｒ ＤＦＩ ） ｒ ｏ Ｇ ｏｔ ｒ
低电压穿越
8 风电场低电压穿越
8.1 基本要求
图1为对风电场的低电压穿越要求。
-101
234时间 (s)0.625并网点电压(p u )
图1 风电场低电压穿越要求
a ） 风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20％额定电压时能够保证不脱网连续
运行625ms 的能力；
b ） 风电场并网点电压在发生跌落后2s 内能够恢复到额定电压的90％时，风电场内的
风电机组能够保证不脱网连续运行。
8.2 不同故障类型的考核要求
对于电网发生不同类型故障的情况，对风电场低电压穿越的要求如下：
a ） 当电网发生三相短路故障引起并网点电压跌落时，风电场并网点各线电压在图中电
压轮廓线及以上的区域内时，场内风电机组必须保证不脱网连续运行；风电场并网点任意一线电压低于或部分低于图中电压轮廓线时，场内风电机组允许从电网切出。
b ） 当电网发生两相短路故障引起并网点电压跌落时，风电场并网点各线电压在图中电
压轮廓线及以上的区域内时，场内风电机组必须保证不脱网连续运行；风电场并网点任意一线电压低于或部分低于图中电压轮廓线时，场内风电机组允许从电网切出。
c ） 当电网发生单相接地短路故障引起并网点电压跌落时，风电场并网点各相电压在图
中电压轮廓线及以上的区域内时，场内风电机组必须保证不脱网连续运行；风电场并网点任意一相电压低于或部分低于图中电压轮廓线时，场内风电机组允许从电网切出。
8.3 有功恢复
对电网故障期间没有切出电网的风电场，其有功功率在电网故障清除后应快速恢复，以至少10％额定功率/秒的功率变化率恢复至故障前的值。
双馈式风力发电机低电压穿越技术分析
双馈式风力发电机低电压穿越技术分析摘要：随着一些地区风电供应比例的急剧增加大规模风电场对地区电网稳定性造成的影响愈发显著。
风力发电机的低电压穿越（LVRT）技术越来越受关注。
文中首先介绍了低电压穿越技术的概念、国外的相应标准继而分析比较了有关此技术的双馈感应发电机建模问题、各种常见的实现低电压穿越的技术手段及改进控制策略。
最后描述了具备此技术的风电场对电力系统的影响。
关键词：双馈感应发电机；风力发电；低电压穿越双馈风力发电机(DFIG)因其变流器容量小、有功和无功可独立可调的优点成为目前世界风电行业的主流机型，由于DFIG定子侧直接并网的方式，导致其对电网的扰动十分的敏感，当电网故障引起风电场并网点电压降低时可能会导致风机脱网，而且近几年风电行业发展迅速，风机装机容量不断增大，若出现大量风力发电机脱网，会严重影响大电网系统的稳定性，因此要求风力机拥有一定的低电压穿越能力。
1.实现LVRT的要求概括地说双馈风力发电系统实现LVRT的基本要求为：(1）电网故障时避免过电流、过电压对变流器造成损坏；(2）尽可能减少故障时机械转矩跃变给齿轮箱和风机带来的冲击防止齿轮箱和风机产生机械损坏；(3）满足电网的LVRT标准。
在德国风电占能源供应比例很高为保证风电的发展不给电网稳定性造成威胁德国意昂集团下属电网公司E．ONNetz已经提出适用于德国电网的低电压穿越标准。
在电网电压跌落到某一幅值时此标准对于风力发电机能否跳机以及与电网维持连接多长时间方可跳机提出了明确要求。
2.双馈感应发电机建模2．1.传统分析模型双馈感应发电机最常用的数学模型是在dq坐标系下的5阶模型。
其数学模型如下所示：uiψ分别为电压、电流、磁链；np为电机极对数；RL分别为电阻、电感；ω2＝ω1—ωrω1ωr分别为定子同步电角速度、转子电角速度；下标sr分别表示定子、转子分量；Lss＝Ls＋LmLrr＝Lr＋LmLsLr分别为定子、转子漏感；下标dq分别表示dq轴分量；TeTm分别为电磁转矩和机械转矩；p为微分算子。
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具有低电压穿越能力的风电机组测试故障典型实例分析赵炜;董开松;秦睿;杨俊;赵耀;张光儒;朱宏毅【摘要】近年来,西北尤其是甘肃风力发电装机容量不断增长,大规模风电并网对电网的影响日益受到重视.低电压穿越能力是风电机组并网特性的重要考核指标之一.2011年以来国网公司西北分部和甘肃省调在酒泉千万千瓦风电基地共同组织开展了风电机组低电压穿越能力抽检验证工作,共进行33座风电场44台风电机组现场试验.通过对测试过程中遇到的风电机组脱网故障进行分析总结,找到了影响风电机组低电压穿越能力的主要因素,并结合实例对各影响因素进行分析阐述.目前,风电机组的硬件维护水平、主控制策略调整、软件设置和控制版本升级仍是影响并网风电机组低电压穿越能力的主要因素.%Along with continual growth of installed capacity of wind power generation in Northwest China,particularly in Gansu Province,the impact of large-scale wind power integration upon power grid is receiving more and more attention.Low voltage ride-through (LVRT) behavior is one of the key indices for the evaluation of wind turbine grid-integration characteristics.Since 2011,State Grid Northwest Branch and Gansu Power Dispatch and Control Center have jointly organized spot verification of the low voltage ridethrough ability of wind power turbines at Jiuquan Ten Million kW wind power base,and completed site tests for 44 wind turbines at 33 wind farms.Through analysis and summary of off-network faults of the wind turbines during the test,we find main factors affecting LVRT,and expound these factors in detail under consideration of actual examples.At present,hardware maintenance level,main controlstrategy adjustment as well as software setting and version control remain to be main factors affecting LVRT ability of grid connected wind turbine.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2017(039)004【总页数】4页(P48-51)【关键词】风力发电;低电压穿越;风电机组测试;风电机组故障;电压跌落【作者】赵炜;董开松;秦睿;杨俊;赵耀;张光儒;朱宏毅【作者单位】国网甘肃省电力公司电力科学研究院,甘肃兰州730050;甘肃省水力发电工程学会,甘肃兰州730050;国网甘肃省电力公司电力科学研究院,甘肃兰州730050;国网甘肃省电力公司电力科学研究院,甘肃兰州730050;国网甘肃省电力公司电力科学研究院,甘肃兰州730050;国网甘肃省电力公司电力科学研究院,甘肃兰州730050;国网甘肃省电力公司电力科学研究院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TM614随着风力发电在电力能源中所占比例越来越大，风电的电网穿透率越来越高，大规模风电并网运行对于电力系统安全稳定运行的影响不容忽视，对电网的影响范围也从局部逐渐扩大，风电并网稳定运行的问题日益突出。
而甘肃作为全国风能资源最为丰富的地区之一，经过2008年以来的快速发展，截止2015年年底甘肃电网风电装机已经达到1 202万千瓦，位居全国第二。
风电的迅猛发展，给甘肃电网乃至西部电网带来的影响愈发凸显[1-4]。
前几年陆续发生了多次因低电压穿越能力不足导致的风机大面积脱网事件，根据事故调查分析，部分并网运行的风电机组不具备低电压穿越能力，且故障期间未能有效地提供动态无功支撑，是造成风电大规模脱网的主要原因之一。
自2011年起各地区陆续开展了风电基地内风电机组集中整改工作，同时开展低电压穿越能力抽检。
以甘肃酒泉千万千瓦级风电基地为例，通过测试发现了风电机组在低电压穿越方面的技术缺陷并提供给风电场及风机制造商进行有的放矢的改进，促进了设备整改[5]。
随着测试的进行以及风电机组低电压穿越能力测试相关标准的出台，近年来各整机制造厂家、高校及相关研究机构已经对风电机组低电压穿越技术和影响风电机组低电压穿越能力的因素开展了深入研究，并取得了成果。
文献[6-8]综述了现阶段国内外主要类型风电机组的低电压穿越能力实现方案和技术难点。
文献[9-11]介绍了各种硬件保护电路在提高风电机组低电压穿越能力方面的作用。
文献[12-14]介绍了风电机组主控制系统及变流器的控制和优化策略。
虽然并网风电机组低电压穿越能力有了明显提升，但通过对实际运行风电机组进行现场测试发现，风电机组仍会出现偶有脱网故障的发生。
本文根据对酒泉风电基地多种厂家机型的现场测试数据分析，总结了风电机组低电压穿越能力测试故障，提出了今后并网风电机组低电压穿越能力改进提升的方向。
图1是目前普遍采用的阻抗分压式低电压穿越测试装置原理图，即图2中“LVRT 测试设备”内部线路，选择TP为测试点，即风电机组并网点。
测试时将此低电压穿越测试装置串联接入风力发电机组升压变压器高压侧，该装置利用阻抗分压原理在测试点产生对称或不对称电压跌落，同时记录被测风电机组的响应情况，分析所采集到的数据对风电机组的低电压穿越能力进行判断。
图1中Xsr为限流电抗，Xsc为短路电抗。
两者均采用可调电抗器设计，通过改变阻抗分压比可实现不同的电压跌落深度，并且确保电压跌落测试不会对电网造成严重的影响，同时也不会显著影响风力发电机组的暂态响应。
以某风电场双馈风电机组测试过程设备接线为例，LVRT测试设备串联在风电机组高压侧与中压侧送出线路之间(如图2所示)，LVRT测试设备中的数据采集仪记录从故障前到故障后的风机侧线电压、电流数据进行分析。
在酒泉风电基地进行风电机组改造与抽检测试过程中，共完成33座风电场44台风电机组的测试工作，机型包括国内主流风机制造厂商的双馈和直驱机组。
其中发生故障16个机型，如表1。
除因风电场测试前保护设置的问题导致测试风机脱网外，其余15次故障按照原因共分为硬件维护、软件控制与升级、控制策略缺陷等三大类问题。
分别占故障比例为：53.3%，26.7%，20%。
经过测试发现与风电机组低电压穿越性能有密切关系的机组部件主要有三大类，即机组的主控系统、变流器、发电机等主要部件，由于这些部件造成风电机组低电压穿越期间脱网可以认为是机组的性能不满足要求。
此外，机组其它非关键性零部件发生故障或失效也有可能造成风电机组在低电压穿越期间脱网。
除以上问题外，软件及其控制策略缺陷也暴露出某些风机厂商对其产品的低穿改造不完全。
主控制系统作为整个电气控制的大脑，负责协调风电机组变桨、变流控制，完成远程通信、桨距控制、温度控制、偏航控制、功率控制等功能。
随着各厂家风电机组的低电压穿越能力整改日趋完善，该功能已经作为主控的不可或缺的指标集成在主控制系统中。
主控制系统的LVRT控制逻辑可分为三个阶段，即电压跌落前电压检测阶段、电压跌落期间故障处理阶段、电压跌落后功率恢复阶段。
主要差别在电压跌落期间故障处理阶段，对于LVRT控制方法，不同的主控制系统策略各不相同。
主控控制策略缺陷在LVRT测试中主要表现为有功恢复曲线不合格，主控故障屏蔽不完全造成的“三相电压不平衡”、“某相电流过大”等故障会导致有功恢复阶段脱网等。
图3所示电压跌落装置在风机并网侧模拟的电压故障。
试验设备连接在风机是箱变35 kV高压侧，风机实际功率P>风机额定功率Pn时，试验设备模拟三相短路故障造成风机并网点线电压跌落至额定电压的20%，跌落持续时间0.625秒。
图4为某直驱风电机组有功功率恢复速率正常的波形曲线。
测试中，风机在大功率试验工况(>90%Pn)下运行时，风机并网点线电压跌落20%额定电压，电压恢复后风电机组有功功率在1秒内恢复。
图5为某双馈风电机组有功功率恢复速率正常的波形曲线。
测试中，风机在大功率试验工况(>90%Pn)下运行时，试验设备模拟短路故障造成风机并网点线电压跌落20%额定电压，电压恢复后有功功率在7秒内恢复。
图4和图5的试验测试均证明被测机组满足国标对有功恢复的要求，试验风机的额定功率为1 500 kW，按照标准从故障清除的时刻开始10秒内应恢复至跌前水平。
图6为某双馈风电机组测试中有功恢复不满足要求的。
在酒泉地区某风场进行风电机组的低电压穿越试验过程中，测试大功率(P>90%Pn)工况，风机在电压跌落后有功开始恢复，如图6在跌落后2秒恢复至跌前水平，但随后有功功率又开始下降直至电压跌落10秒后有功仍未恢复。
认定该风机不满足有功恢复时间的要求，低电压穿越性能不达标。
变流器是风电机组的动力执行机构，作为风机并网控制的核心部件，它的控制特性直接关系到风电机组的并网性能。
不同厂商的产品，由于变流器软件或硬件的差异，会导致风电机组的低电压穿越表现不同。
例如：变流器的主电路拓扑结构、电流控制主算法、电压跌落过程前后变流器是否可控以及变流器在电压跌落期间的有功/无功控制模式等都是变流器性能的影响因素。
图5和图7分别是同一厂商的1.5 MW双馈风电机组采用不同型号的变流器在大功率(P>90%Pn)工况下三相电压跌落至20%额定电压时的测试结果曲线。
从两个图中可以看出，有功恢复曲线出现明显不同，而且无功电流的大小以及相应时间也不同。
同样是正常的恢复波形，变流器不同导致电压跌落期间无功电流的注入和无功支撑能力表现会明显不同[15]。
根据不同LVRT控制策略，不同的厂家的风电机组依据不同硬件电路来实现。
以双馈型风电机组为例就有转子侧主动crowbar保护电路、直流母排保护电路、被动crowbar保护电路等。