風(fēng)力發(fā)電機(jī)低壓穿越

低電壓穿越和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性TOC\o"1-5"\h\z風(fēng)力發(fā)電能夠順利地并入一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的電網(wǎng)，主要取決于電力系統(tǒng)對(duì)供電波動(dòng)反映的能力。風(fēng)電機(jī)組III于風(fēng)的隨機(jī)性，運(yùn)行時(shí)對(duì)無(wú)功只能就地平衡等原因?qū)?duì)電網(wǎng)造成一定的影響。在過(guò)去，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電所占電力系統(tǒng)供電的比例不大，大型電網(wǎng)具有足夠的備用容量和調(diào)節(jié)能力，風(fēng)電接入，一般不必考慮頻率穩(wěn)定性問(wèn)題，當(dāng)電力系統(tǒng)某處發(fā)生電壓暫降時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以瞬間脫網(wǎng)進(jìn)行自我保護(hù)。但對(duì)于先如今,我國(guó)風(fēng)力資源的不斷開(kāi)發(fā)。風(fēng)力發(fā)電所占我國(guó)電網(wǎng)供電的比例與日俱增就不得不考慮電網(wǎng)電壓暫降時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組脫網(wǎng)給電力系統(tǒng)所帶來(lái)嚴(yán)重的影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行這時(shí)就需要風(fēng)電機(jī)組具有低電壓穿越能力,保證系統(tǒng)發(fā)生故障后風(fēng)電機(jī)組不間斷并網(wǎng)運(yùn)行。電壓暫降:供電電壓有效值供電電壓有效值突然將至額定電壓的10%"90%0然后乂恢復(fù)至正常電壓，這一過(guò)程的持續(xù)時(shí)間為10ms~60s。低電壓穿越，指在風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落的時(shí)候，風(fēng)機(jī)能夠保持電壓跌落會(huì)給電機(jī)帶來(lái)一系列暫態(tài)過(guò)程，如出現(xiàn)過(guò)電壓、過(guò)電流或轉(zhuǎn)速上升等，嚴(yán)重危害風(fēng)機(jī)本身及其控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行。一般情況下若電網(wǎng)出現(xiàn)故障風(fēng)機(jī)就實(shí)施被動(dòng)式自我保護(hù)而立即解列，并不考慮故障的持續(xù)時(shí)間和嚴(yán)重程度，這樣能最大限度保障風(fēng)機(jī)的安全，在風(fēng)力發(fā)電的電網(wǎng)穿透率（即風(fēng)力發(fā)電占電網(wǎng)的比重）較低時(shí)是可以接受的。然而，當(dāng)風(fēng)電在電網(wǎng)中占有較大比重時(shí)，若風(fēng)機(jī)在電莊跌落時(shí)仍采取被動(dòng)保護(hù)式解列，則會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)的恢復(fù)難度，甚至可能加劇故障，最終導(dǎo)致系統(tǒng)其它機(jī)組全部解列，因此必須采取有效的措施，以維護(hù)風(fēng)場(chǎng)電網(wǎng)的穩(wěn)定。電網(wǎng)發(fā)生故障（尤其是不對(duì)稱(chēng)故障）的過(guò)渡過(guò)程中，電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，對(duì)風(fēng)機(jī)齒輪箱等機(jī)械部件構(gòu)成沖擊，影響風(fēng)機(jī)的運(yùn)行和專(zhuān)命。定子電莊跌落時(shí)，電機(jī)輸出功率降低，若對(duì)捕獲功率不控制，必然導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)速上升[外7]。在風(fēng)速較高即機(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)矩較大的情況下，即使故障切除，雙饋電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩有所增加，也難較快抑制電機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，使雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升高，吸收的無(wú)功功率進(jìn)一步增大，使得定子端電壓下降，進(jìn)一步阻礙了電網(wǎng)電壓的恢復(fù)，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致電網(wǎng)電壓無(wú)法恢復(fù)，致使系統(tǒng)崩潰[9,10],這種情況與電機(jī)慣性、額定值以及故障持續(xù)時(shí)間有關(guān)。低電壓穿越，指在風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落的時(shí)候，風(fēng)機(jī)能夠保持并網(wǎng)，其至TOC\o"1-5"\h\z向電網(wǎng)提供一定的無(wú)功功率，支持電網(wǎng)恢復(fù)，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常，從而"穿越”這個(gè)低電壓時(shí)間（區(qū)域）。低電壓穿越是對(duì)并網(wǎng)風(fēng)機(jī)在電網(wǎng)出現(xiàn)電莊跌落時(shí)仍保持并網(wǎng)的一種特定的運(yùn)行功能要求。不同國(guó)家（和地區(qū)）所提出的低電壓穿越要求不盡相同。U前在一些風(fēng)力發(fā)電占主導(dǎo)地位的國(guó)家，如丹麥、德國(guó)等已經(jīng)相繼制定了新的電網(wǎng)運(yùn)行準(zhǔn)則，定量地給出了風(fēng)電系統(tǒng)離網(wǎng)的條件。在《國(guó)家電網(wǎng)公司風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》（修訂版）中也明確地給出了風(fēng)機(jī)組應(yīng)該具備的低電壓穿越能力：規(guī)定的低電壓穿越要求為；R風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組具有在并網(wǎng)電壓跌至20礴定電壓時(shí)能夠持續(xù)并網(wǎng)運(yùn)行625ms的低電壓穿越能力。TOC\o"1-5"\h\zb）風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓在發(fā)生跌落后3s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組保持并網(wǎng)運(yùn)行。對(duì)于燈前尚不具備低電壓穿越能力且已投運(yùn)的風(fēng)電場(chǎng)，應(yīng)積極開(kāi)展機(jī)組改造工作，已具備低電壓穿越能力。有功恢復(fù)；對(duì)故障期間沒(méi)有切出電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)，其有功功率在故障切除后快速恢復(fù)，以至少10%額定功率秒的功率變化率恢復(fù)至故障前的值。對(duì)于電網(wǎng)發(fā)生不同類(lèi)型故障的惜況,對(duì)風(fēng)電場(chǎng)低電壓穿越的要求如下：當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生三相短路故障引起并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)各線電壓在圖中電壓輪廓線及以上的區(qū)域內(nèi)時(shí)，場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組必須保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行;風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)任意相電壓低于或部分低于圖中電壓輪廓線時(shí)，場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組允許從電網(wǎng)切出。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生兩相短路故障引起并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)各線電壓在圖中電莊輪廓線及以上的區(qū)域內(nèi)時(shí)，場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組必須保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行;風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)任意相電壓低于或部分低于圖中電壓輪廓線時(shí)，場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組允許從電網(wǎng)切出。C）當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地短路故障引起并網(wǎng)點(diǎn)電莊跌落時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)各相電壓在圖中電壓輪廓線及以上的區(qū)域內(nèi)時(shí)，場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組必須保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行;風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)任意相電壓低于或部分低于圖中電壓輪廓線時(shí)，場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組允許從電網(wǎng)切出。TOC\o"1-5"\h\z忖前的低電壓穿越技術(shù)一般有三種方案:一種是采用了轉(zhuǎn)子短路保護(hù)技術(shù)，二種是引入新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，三是采用合理的勵(lì)磁控制算法。轉(zhuǎn)子短路保護(hù)技術(shù)（crowbar電路）這是目前一些風(fēng)電制造商采用得較多的方法，其在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)裝有crowbar電路，為轉(zhuǎn)子側(cè)電路提供旁路，在檢測(cè)到電網(wǎng)系統(tǒng)故障出現(xiàn)電莊跌落時(shí)，閉鎖雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變流器，同時(shí)投入轉(zhuǎn)子回路的旁路（釋能電阻）保護(hù)裝置,達(dá)到限制通過(guò)勵(lì)磁變流器的電流和轉(zhuǎn)子繞組過(guò)電壓的作用，以此來(lái)維持發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行（此時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)按感應(yīng)電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行）。crowbar電路有如下兒種混合橋型crowbar電路，如圖1所示，每個(gè)橋臂有控制器件和二極管串聯(lián)而成。IGBT型crowbar電路，如圖2所示，每個(gè)橋臂山兩個(gè)二極管吊聯(lián)，宜流側(cè)串入一個(gè)IGBT器件和一個(gè)吸收電阻。帶有旁路電阻的crowbar電路,，出現(xiàn)電網(wǎng)電壓跌落時(shí),通過(guò)功率開(kāi)關(guān)器件將旁路電阻連接到轉(zhuǎn)子回路中，這就為電網(wǎng)故障期間所產(chǎn)生的大電流提供了一個(gè)旁路，從而達(dá)到限制大電流，保護(hù)勵(lì)磁變流器的作用。2、引入新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的軟啟動(dòng)裝置類(lèi)似，在雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子側(cè)與電網(wǎng)間串聯(lián)反并可控硅電路。在正常運(yùn)行時(shí)，這些可控硅全部導(dǎo)通，在電網(wǎng)電壓跌落與恢復(fù)期間，轉(zhuǎn)子側(cè)可能出現(xiàn)的最大電流隨電壓跌落的幅度的增大而增大,為了承受電網(wǎng)故障電壓大跌落所引起的的轉(zhuǎn)子側(cè)大電流沖擊，轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變流器選用電流等級(jí)較高的大功率IGBT器件,這樣來(lái)保證變流器在電網(wǎng)故障時(shí)不與轉(zhuǎn)子繞組斷開(kāi)時(shí)的安全。電網(wǎng)電壓跌落再恢復(fù)時(shí)，轉(zhuǎn)子側(cè)最大電流可能會(huì)達(dá)到電莊跌落前的兒倍。因此當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落嚴(yán)重時(shí)，為了避免電壓回升時(shí)系統(tǒng)在轉(zhuǎn)子側(cè)所產(chǎn)生的大電流，在電壓回升以前,將雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)通過(guò)反并可控硅電路與電網(wǎng)脫網(wǎng)。脫網(wǎng)以后,轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變流器重新勵(lì)磁雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)，電壓一旦回升到允許的范圍之內(nèi)，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)便能迅速地與電網(wǎng)達(dá)到同步。再通過(guò)開(kāi)通反并可控硅電路使定子與電網(wǎng)連接。這樣可以減小對(duì)IGBT耐壓、耐流的要求。對(duì)于短時(shí)間內(nèi)能夠接受大電流的IGBT模塊，可以減少雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的脫網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間。轉(zhuǎn)子側(cè)大功率饋入直流側(cè)會(huì)導(dǎo)致直流側(cè)電容電壓的升高,而直流側(cè)的耐壓等級(jí)依賴(lài)于直流側(cè)電容的大小，因此直流側(cè)設(shè)訃crowbar電路,在直流側(cè)安裝電阻來(lái)作吸收電路,將直流側(cè)電壓限制在允許范圍內(nèi)。這種方式的不足之處是:該方案需要增加系統(tǒng)的成本和控制的復(fù)雜性?？紤]到定子故障電流中的直流分量，需要可控硅器件能通過(guò)門(mén)極關(guān)斷，這要求很大的門(mén)極負(fù)驅(qū)動(dòng)電流，驅(qū)動(dòng)電路太復(fù)雜。這里的可控硅串聯(lián)電路如果采用穿透型IGBT的話,IGBT必須串聯(lián)二極管。而采用非穿透型IGBT的話，通態(tài)損耗會(huì)很大。理論上，如果利用接觸器來(lái)代替可控硅開(kāi)關(guān)的話，雖通態(tài)時(shí)無(wú)損耗，但斷開(kāi)動(dòng)作時(shí)間太長(zhǎng)。而且由于該方案在輸電系統(tǒng)故障時(shí)發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)運(yùn)行，因此對(duì)電網(wǎng)恢復(fù)正常運(yùn)行起不到積極的支持作用。通常雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的背幕背式勵(lì)磁變流器采用的與電網(wǎng)并聯(lián)方式，這意味著勵(lì)磁變流器能向電網(wǎng)注入或吸收電流。為了提高系統(tǒng)的低電莊穿越能力，文獻(xiàn)提到了一種新的連接方式，即將變流器與電網(wǎng)進(jìn)行串聯(lián)連接，比如，變流器通過(guò)發(fā)電機(jī)定子端的串聯(lián)變壓器實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)吊聯(lián)連接，則雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子端的電壓為網(wǎng)側(cè)電壓和變流器輸出的電壓之和。這樣便可以通過(guò)控制變流器的電壓來(lái)控制定子磁鏈，有效的抑制山于電網(wǎng)電莊跌落所造成的磁鏈振蕩，從而阻止轉(zhuǎn)子側(cè)大電流的產(chǎn)生，減小