步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越技術(shù)綜述

1、Vol.24 No. 9Sep. 20092009年9月 第24卷第9期電工技術(shù)學(xué)報TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越技術(shù)綜述賀益康周鵬(浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院 杭州310027)摘要 隨著以變速恒頻(VSCF)雙饋異步發(fā)電機(jī)(DFIG)為主體的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在電 網(wǎng)中所占比例的快速提高，電力系統(tǒng)對并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在外部電網(wǎng)故障.轉(zhuǎn)別是電網(wǎng)電壓驟降故 障下的不間斷運(yùn)行能力提出了更高的要求.本文首先分析了電網(wǎng)電壓驟降對DFIG運(yùn)行的彫響， 提出了 DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越運(yùn)行的控制目標(biāo)，繼而總結(jié).

2、評價了各種適合于DFIG風(fēng) 力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越技術(shù)，最后指出了 DFIG風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越技術(shù)的優(yōu)化方向，以期展 示該技術(shù)的最新進(jìn)展及發(fā)展趨勢.關(guān)鍵詞：雙饋異步發(fā)電機(jī) 低電壓穿越 變速恒頻 電網(wǎng)電壓驟降中圖分類號，TM614： TM315Overview of the Low Voltage Ride-Through Technology forVariable Speed Constant FrequencyDoubly Fed Wind Power Generation SystemsHe Yikang Zhou Peng(Zhejiang University Hangzhou 31

3、0027 China)Abstract As the wind power penetration from large scale wind turbines, which are based on variable speed constant frequency (VSCF) doubly fed induction generators (DFIG), has been increasing rapidly in the transmission system, the grid codes for grid connected wind turbines evolve continu

4、ously and demand that the wind power generator has to ride through the grid faults, especially the grid voltage dips. In this paper, the influence of grid voltage dips on the DFIG is analyzed firstly. Meanwhile, the control objective of the low voltage ride through (LVRT) is proposed Several types o

5、f LVRT technology for the DFIG wind turbine systems are then summarized and evaluated respectively. Finally, for the purpose of revealing the latest progress and the developing direction of this technology a valuable conclusion about the optimizing of the LVRT technology is drawn from the above disc

6、ussion Keywords! Doubly fed induction generator low voltage ride through, variable speed constant frequency, grid voltage dipsVol.24 No. 9Sep. 2009Vol.24 No. 9Sep. 20091引言在過去的10年中，全世界的風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)以年 均28%的速度快速增長，成為發(fā)展最快的可再生能國家自然14學(xué)基金(50577056)和Hi家863爲(wèi)技術(shù)甚金(2OO7AA 05Z419)資助項(xiàng)目.收稠日期 2007.06-28 改SIH 期 2008-09-12

7、 源.在各種類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，變速恒頻雙 饋異步發(fā)電機(jī)(DFIG)以其調(diào)速范圍寬、有功和無 功功率可獨(dú)立調(diào)節(jié)以及所需勵磁變頻器容爲(wèi)較小等 優(yōu)點(diǎn)迅速取代傳統(tǒng)的恒速怛頻籠型異步發(fā)電機(jī)組， 成為國際主流風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)品.占據(jù)大部分市場份 額.DFIG風(fēng)電機(jī)組的特征是定子直接并網(wǎng)，并通 過勵磁變頻器控制轉(zhuǎn)子電流的頻率.相位和幅值來 第24卷第9期賀盤康等變速恒頻雙饋舁步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越技術(shù)綜述143間接調(diào)節(jié)定子側(cè)的輸出功率。這種結(jié)構(gòu)不能分離 DFIG與電網(wǎng)之間的聯(lián)系.導(dǎo)致機(jī)組對電網(wǎng)故障非 常敏感.而且在故障情況F小功率變頻器對DFIG 的控制能力也受到限制。隨著DFIG風(fēng)電機(jī)組在電 力系統(tǒng)中所占

8、容5的快速提高，發(fā)電機(jī)與局部電網(wǎng) 之間的相互形響也越來越大，必須將風(fēng)力發(fā)電機(jī)與 電網(wǎng)作為一個整體來實(shí)施運(yùn)行控制。為此，電力公 司及電網(wǎng)運(yùn)營商紛紛提出了風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的并網(wǎng)規(guī) 范（叫 并且從維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定的角度出發(fā).要求 風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)電壓跌落時能夠保持不脫網(wǎng)運(yùn)行， 即要求DFIG風(fēng)電機(jī)組具備低電壓穿越（LVRT）能 力。目前，對電網(wǎng)電壓跌落故障下DFIG機(jī)組的行 為特性及提囪英LVRT能力的研究，已成為國內(nèi)外 風(fēng)電技術(shù)研究的熱點(diǎn)問題綱.本文首先分析了電 網(wǎng)電壓探降故障下DFIG的瞬態(tài)特性，抬出了電壓 驟降故障對DFIG機(jī)組的危害，繼而提出了 DFIG 低電壓穿越運(yùn)行的控制目標(biāo)，然后對各種適合于

9、 DFIG風(fēng)力發(fā)電系疣的低電壓穿越技術(shù)進(jìn)行了綜述. 分析其優(yōu)缺點(diǎn).竄后預(yù)測了 DFIG風(fēng)電系統(tǒng)低電壓 穿越技術(shù)的優(yōu)化方向和發(fā)展趨勢.2 電網(wǎng)電壓驟降時DFIG的瞬態(tài)特性與電 網(wǎng)要求機(jī)慣例同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下DFIG的電壓和磁鏈方 程分別為azdz式中憶仏人+ Mr廠入/嚴(yán)厶你UUf定、轉(zhuǎn)子電壓矢量: Zn/r定、轉(zhuǎn)子電流矢量: 怪，怡一定.轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)钢罚?同步電角速度：(1)(2)3轉(zhuǎn)差電角速度.厶厶定、轉(zhuǎn)子繞組全自感，厶厶厶=厶十厶!1$定、轉(zhuǎn)子間互感、定子漏感和轉(zhuǎn)子漏感且厶n遠(yuǎn)大于厶0和厶°。蛙7”圖1為變速恒頻DFIG風(fēng)電系統(tǒng)原理圖。由圖 可見，DFIG的定子通過定子并網(wǎng)開關(guān)和功

10、率開關(guān) 連接到電網(wǎng)上.其中并網(wǎng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)DFIG正常運(yùn)行 情況下的并網(wǎng)和脫網(wǎng)操作.功率開關(guān)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障 下DHG的緊急切除。轉(zhuǎn)子側(cè)快速短接保護(hù)裝置 （Crowbar）用來旁路轉(zhuǎn)子側(cè)變換器（Rotor Side Converter. RSC）,為電網(wǎng)電壓故障引發(fā)的轉(zhuǎn)子過電 流提供釋放通路。即短路故障發(fā)生瞬間，定子電樞反應(yīng)磁通和轉(zhuǎn)子勵磁磁通經(jīng)過定.轉(zhuǎn)子瀉維路.如圖2所示。（a）定子笄效曰路<b）轉(zhuǎn)子等農(nóng)回踣圖2短路故障下定、轉(zhuǎn)子等效回路示意圖齒輪箱Crowbar風(fēng)輪機(jī)弋DHG 丿 M定子并剛開關(guān)電客功2*開關(guān)電婢升壓變斥|2進(jìn)線電抗器轉(zhuǎn)子傅變扶彥（GSC） （RSC）圖1變連恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)

11、電系統(tǒng)示意圖Fig.l Schematic diagram of VSCF DFIG wind powergeneration system為了研究DFIG在電網(wǎng)電壓驟降故障F的瞬態(tài) 特性，需要首先建立相應(yīng)的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。按電動Fig.2 The equivalent circuit of stator and rotor windingsunder short circuit fault將式（3）代入式（2）可得定.轉(zhuǎn)子故障電流 為z二厶帆-4憶迫憶-怡* 也弋 '（4）!二厶芻-厶n齊和#L二蜀由于故障瞬間磁鏈不能突變，定子磁缽中將感 生出直流分量.而大型DFIG的定.轉(zhuǎn)子漏感一般

12、 很?。sO.lpu）,使御建立一定大小定子直流磁鏈 的定、轉(zhuǎn)子短路電流很大（約510倍額定電流）. 對定、轉(zhuǎn)子繞組和勵硝變頻器產(chǎn)生極大的危喜。按照定子短路故障下的電機(jī)瞬態(tài)分析方法，將 式（2）代入式（1）并進(jìn)行拉普拉斯變換（件可得 DFIG定、轉(zhuǎn)子瞬態(tài)短路電感為另一方面，從能罐守恒的角度考慮.電網(wǎng)電壓 驟降會便DFIG產(chǎn)生的電能不能全部送出.而風(fēng)力 機(jī)吸收的風(fēng)能又不會明顯變化.因此這部分未能輸 出的能量將消耗在機(jī)組內(nèi)部。首先，定子電壓驟降 將引起定子電流增大，由于定、轉(zhuǎn)子之間的強(qiáng)耦合. 使得轉(zhuǎn)子側(cè)也感應(yīng)出過流和過壓。再考慮到大電流 會導(dǎo)致電機(jī)鐵心飽和、電抗減小.使定、轉(zhuǎn)子電流 進(jìn)一步增大。而

13、且，定轉(zhuǎn)子電流的大幅波動會造成 DFIG電磁轉(zhuǎn)矩的劇烈變化，對風(fēng)電機(jī)組機(jī)械系統(tǒng) 產(chǎn)生很大的扭切應(yīng)力沖擊.轉(zhuǎn)子能雖流經(jīng)RSC之 后 一部分被網(wǎng)便變換器(Grid Side Converter, GSC)傳遞到電網(wǎng).剩下的給直流電容充電.導(dǎo)致 直流母線電壓的快速升高。如果不及時采取保護(hù)措 施，僅霽定.轉(zhuǎn)子繞組自身JW阻抗不足以抑制浪涌 電流.過大的電流和電壓將導(dǎo)致勵磁變頻器、定轉(zhuǎn) 子繞組絕緣以及直流母線電容的損壞。目前.在風(fēng)電技術(shù)先進(jìn)的歐洲各國，電力公司都 提出了詳盡的風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越電網(wǎng)規(guī)范卩如 圖3所示。規(guī)定當(dāng)電網(wǎng)側(cè)變壓器島壓側(cè)電壓在粗線 以上范圍內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須保持與電網(wǎng)的連接 其中最

14、小維持電壓 般在15%25%之間.低 電壓運(yùn)行疑長時間般在0.5之間，只有 電網(wǎng)故障時間超過才允許發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)中切 除短路電流人與電網(wǎng)故障嚴(yán)重程度、發(fā)電機(jī)參數(shù)、 故障瞬間發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)等多種因素有關(guān).一般 沒有明確的規(guī)定.但從各種文獻(xiàn)來看，最大瞬態(tài)短 路電流/g*應(yīng)限制在2(pu)以內(nèi)此外，在電壓下 降期間風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)在自身允許的范圍內(nèi)向電網(wǎng)注 入盡可能大的無功電流，以協(xié)助故障電網(wǎng)的恢復(fù). 一旦電網(wǎng)電壓恢復(fù)，發(fā)電機(jī)必須在盡可能短的時間 內(nèi)(約Is)恢復(fù)到正常工作狀態(tài).根據(jù)上述電網(wǎng)電壓驟降故障對DFIG風(fēng)力發(fā)電 系統(tǒng)影響的分析以及對相關(guān)電網(wǎng)規(guī)范的要求.可將 DFIG低電壓穿越運(yùn)行的控制目標(biāo)歸結(jié)

15、為：(1) 保持電網(wǎng)故障期間不脫網(wǎng)運(yùn)行，以防發(fā)電 機(jī)從電網(wǎng)解列引發(fā)弱電網(wǎng)更大的后繼故陰(2) 連續(xù)、穩(wěn)定地提供無功功率以協(xié)助電網(wǎng)電 壓恢復(fù)，減小電網(wǎng)電壓崩潰的可能。(3) 釋放剩余能就，抑制故障電流，保護(hù)勵磁 變頻器和直流母線電容的安全.(4) 保持電磁轉(zhuǎn)矩瞬態(tài)福值在轉(zhuǎn)軸和齒輪可承 受范圍之內(nèi)(約22.5倍額定轉(zhuǎn)矩).(5) 延緩DHG轉(zhuǎn)速上升，防止飛車。3現(xiàn)有的低電壓穿越技術(shù)當(dāng)今電網(wǎng)規(guī)范要求鳳電系統(tǒng)的低電壓穿越能力 不能低于被它取代的傳統(tǒng)發(fā)電方式.所以各國的風(fēng) 電設(shè)備生產(chǎn)商以及相關(guān)科研機(jī)構(gòu)都對風(fēng)電設(shè)備的故 障運(yùn)行進(jìn)行了大就研究并提出了各種LVRT技術(shù). 本節(jié)首先介紹了無需増加便件設(shè)備的改進(jìn)控

16、制方法 技術(shù)，然后按照碩件安裝位置的不同.分別介紹了 定子側(cè)直流母線、轉(zhuǎn)子側(cè)以及變槳距四種通過增 加便件設(shè)備實(shí)現(xiàn)LVRT的方法3.1改進(jìn)的矢量控制和魯棒控制在DFIG運(yùn)行控制中，傳統(tǒng)的基于定子磁場定 向或定子電壓定向的矢倉控制方法得到了廣泛的應(yīng) 用。在這種控制方式下一般釆用P1調(diào)節(jié)器.實(shí)現(xiàn)有 功.無功功率獨(dú)立調(diào)節(jié).并具有一定的抗干擾能力。 但是當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)較大幅度的跌落時.PI調(diào)節(jié)器 容易出現(xiàn)輸出飽和，難以回到有效調(diào)節(jié)狀態(tài)，使電 圧下降和恢復(fù)之后的一段時間內(nèi)DFIG實(shí)際上處于 非閉環(huán)的失控狀態(tài)。為了克服傳統(tǒng)矢錄控制的缺點(diǎn)， 國內(nèi)外學(xué)者提出了大最的改進(jìn)控制策略，其中兩種 具有代表性：(1) 向

17、大為等人提出一種改進(jìn)矢量控制策略1叫 如圖4所禾該方法針對對稱及不對稱故障下DFIG 內(nèi)部電磁變星的啊態(tài)特點(diǎn)，適當(dāng)控制勵磁電壓.使 之產(chǎn)生出與定子砒鏈暫態(tài)直流和負(fù)序分塑相反的轉(zhuǎn) 子電流空間矢董及相應(yīng)的漏磁場分就，通過所建立 的轉(zhuǎn)子漏磁場抵消定子禺鏈中的暫態(tài)直流和負(fù)序分 ft-如果將轉(zhuǎn)子瞬態(tài)電淤幅值控制在2.0 pu以內(nèi) 該方法能夠?qū)崿F(xiàn)電壓驟降至30%的故障下DFIG不 脫網(wǎng)運(yùn)行，而且故障運(yùn)行期間DFIG可基本不從電 網(wǎng)啦收無功.該方法的優(yōu)點(diǎn)是適用于各種類爭的對 稱和不對稱電網(wǎng)故障，映點(diǎn)是RSC的全部容址都用 來產(chǎn)生與定子磁鏈暫態(tài)分麓相反的轉(zhuǎn)子電流，控制 效果受到變頻器容量的限制。(2) Man

18、oj R Rathi等人提出一種基于H技術(shù) 和“分析方法設(shè)計(jì)的新型魯棒控制器岡，如圖5所 示。其中GSC檢測直流母線電壓和定子側(cè)端電壓幅 值的變化，并產(chǎn)生相應(yīng)的電流指令對它們進(jìn)行補(bǔ)償: RSC則檢測定子輸出的有功和無功的變化，并通過 轉(zhuǎn)子電流指令的變化對它們進(jìn)行補(bǔ)償.這種黑樺控 制器的優(yōu)點(diǎn)是降低了對系統(tǒng)參數(shù)變化的敏感性，即 使在外部干擾和參數(shù)有誤差的悄況下仍能保持良好 的控制效果。圖4低電壓穿越控制空間矢圖Fig.4 Space-vector diagram of the LVRT control圖5 H控制器框圖Fig.5 Block diagram of the H controller雖

19、然改進(jìn)的矢址控制和魯樣控制無需增加任何 硬件設(shè)備，而是通過對GSC和RSC控制策略的改 進(jìn)使DFIG實(shí)現(xiàn)LVRT.但其控制效果往往受到勵磁 變頻器容鍛的限制.因而在一些嚴(yán)熏故障下無法實(shí) 現(xiàn)LVRT運(yùn)行，存在可行性區(qū)域的限制。3.2定子側(cè)方法在采用硬件保護(hù)協(xié)助DFIG低電壓穿越的技術(shù) 中.定子側(cè)開關(guān)方法的基本思想是在電網(wǎng)電壓下 降期間采用定子并網(wǎng)開關(guān)(如圖1所示將DFIG 定子從電網(wǎng)中暫時切除，直到電網(wǎng)電壓恢復(fù)到一定 程度時再豆新并網(wǎng).在定子切除期間，勵磁變頻器 一直保持與電網(wǎng)連接，可利用GSC向電網(wǎng)提供無 功.這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以避免電網(wǎng)電壓的驟降和 驟升對DFIG的沖擊，但是它并非真正意義上

20、的不 脫網(wǎng)運(yùn)行，實(shí)際上由于GSC的容屍校小.對電網(wǎng)恢 復(fù)的作用非常有限.加童大Janos Rajda等人提出另一種風(fēng)電機(jī)組 LVRT裝置及其控制方法山】.該裝置由一系列與雙 向交流開關(guān)并聯(lián)的電阻陣列構(gòu)成.連接在DHG定 子與電網(wǎng)傳輸線之間，如圖6所示。當(dāng)電網(wǎng)電壓正 常時，所有交流開關(guān)導(dǎo)通：旦檢測到電網(wǎng)電壓下 降.則通過控制交流開關(guān)的觸發(fā)角來調(diào)節(jié)整個裝置 的等效阻抗，DFIG輸出的電流流過該阻抗后將提 髙DFIG定子端電壓.從而保證DFIG端電壓在一 定的數(shù)值之上這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以在電網(wǎng)電壓 跌落的情況下保持DFIG與電網(wǎng)的聯(lián)接，缺點(diǎn)是需 要使用了大量大功率晶閘管.硬件成本較高.且電 阻損耗大

21、電阻陣列圖6低電壓穿越用定子側(cè)電阻陣列Fig.6 Stator side resistance matrix for LVRT 譏icationC. Zhan和P. S.冋annery等人提出使用一個額 外的電網(wǎng)側(cè)串聯(lián)變換器來提高DFIG機(jī)組的LVRT 能力"1叫 如圖7所示.這種電網(wǎng)側(cè)串聯(lián)變換器具 有以下幾個功能，(1) 對故障電壓進(jìn)行補(bǔ)償，保證DHG定子電壓的穩(wěn)定，相當(dāng)于一臺動態(tài)電壓恢復(fù)器。(2) 調(diào)節(jié)DHG定子磁鏈并使之保持穩(wěn)定.從 而減小甚至消除定子電壓突變引起的一系列暫態(tài)電 磁現(xiàn)彖.如電磁轉(zhuǎn)矩和定、轉(zhuǎn)子電流以及有功、無 功功率的振蕩。(3) 將DF1G未能及時輸岀的能址通過

22、直流母 線環(huán)節(jié)輸送到電網(wǎng).防止直流母線電壓過高.這種 結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)零電壓穿越，具有優(yōu)良的LVRT能力， 是種先進(jìn)的LVRT技術(shù)，但也存在成本高、控制復(fù)雜等問題。圖7 具有電網(wǎng)側(cè)"聯(lián)變換器的DFIG系統(tǒng)Fig.7 DFIG system with a series grid side converter 33直流母線上方法電網(wǎng)電壓驟降之后.DFIG的定、轉(zhuǎn)子繞組中 感生很大的故障電流.轉(zhuǎn)子故障電流流過直流母線電容，引起直涼母找電壓的波動.又因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓 降低導(dǎo)致GSC控制直流母線電壓的能力減弱，不能 及時將轉(zhuǎn)子側(cè)過剩的能雖傳遞到電網(wǎng)上，可能導(dǎo)致 直流母線電壓快速泵升.危害直流母線電容安全

23、。 為此有必要使用直流Crowbar,利用電阻吸收轉(zhuǎn)子 側(cè)多余的能5L防止恵流母線電壓過高(.如圖8a 所示.直流Crowbar可以將母線電壓限制在一定的 數(shù)值以下，但是對于由電網(wǎng)故障引起的宜流母線電 壓降低則無能為力.針對直流Crowbar的上述缺點(diǎn)，C. Abbey等人 提出在電網(wǎng)電壓跌落期間使用UPS (Uninterruptible Power Supply)來維持宜流母線電壓至一定數(shù)值W 如圖 8b 所示。UPS 中的 ESS (Energy Storage System)使用超級電容儲能.其優(yōu)點(diǎn)是既可以在直 流母線電壓過高的侑況下吸收直流母線上能址.也 可以在直流母線電壓過低的悄況

24、下釋放能昱.從而 可以維持直流母線電壓在一定的范圍之內(nèi)。它主要 的缺點(diǎn)是成本過高，限制了其大試應(yīng)用。圖8直潦母線電容保護(hù)托施Fig.8 Protection methods for DC bus capacitor 3.4轉(zhuǎn)子側(cè)方法電網(wǎng)電壓驟降E寸，為了保護(hù)勵確變頻器，一種 常用的辦法是通過電陰短接轉(zhuǎn)子繞組以旁路RSC, 為轉(zhuǎn)子側(cè)的浪涌電流提供一條通路.即Crowbar電 路適合于DFIG的Crowbar有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)卩憶 除了圖1中嚴(yán)常見的二極管橋加可控器件結(jié)構(gòu)外. 圖9中還給出了兩種典里結(jié)構(gòu)。其中圖9a表示雙向 晶閘管型Crowbar,這種結(jié)構(gòu)最為簡單.但其不對 稱結(jié)構(gòu)易引起轉(zhuǎn)子電流中出現(xiàn)

25、很大的直流分亙.不 實(shí)用。圖9b表示雙向晶閘管并帶旁路電陰的 Crowbar,除電路對稱外，更口J利用其電阻消耗轉(zhuǎn)子 側(cè)多余的舵SL加快定、轉(zhuǎn)子故障電詭的衰滅.各種轉(zhuǎn)子側(cè)Crowbar的控制方式基本相似.即 當(dāng)轉(zhuǎn)子側(cè)電流或直渝母線電壓增大到預(yù)定的閾值時 鮭發(fā)導(dǎo)通開關(guān)元件，同時關(guān)斷RSC中所有開關(guān)器 件，使得轉(zhuǎn)子故障電流流過Crowbar,旁路RSC Crowbar中電阻心葉的選取有一定的原則，即凡曲 越大，轉(zhuǎn)子電流衰減越央，電流、轉(zhuǎn)矩撮蕩幅值也 越小.但過大凡會導(dǎo)致RSC中功率開關(guān)器件和 轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生過電壓,并使宜流母線電壓振 蕩幅值増大,7 |8,使用Crowbar的優(yōu)點(diǎn)是町以確保 勵磁變

26、頻器的安全.加快故障電流的衰減.缺點(diǎn)是 Crowbar動作期間將短接DFIG轉(zhuǎn)子繞組，使DFIG 變?yōu)椴⒕W(wǎng)籠型異步發(fā)電機(jī)，需從電網(wǎng)吸收大最無功 功率以作勵磁，這將不利于電網(wǎng)故障的迅速恢復(fù)， 而且增加了硬件設(shè)備，使得控制更加復(fù)雜。此外 Crowbar的投入和切除時刻選擇也十分重要，選擇 不當(dāng)將一方面引起Crowbar多次動作.另一方面可 能引起大電流沖擊，這也是Crowbar技術(shù)將要深入 研究的內(nèi)容。圖9兩種典型的Crowbar電路Fig.9 Two typical kinds of Crowbar西班牙GAMESA公司提出一種包含無源壓敏 元件的訥位單元“叫 用于電網(wǎng)故障時為轉(zhuǎn)子繞組提 供鉗位

27、電壓，并旁路RSC以保護(hù)勵磁變頻器.如圖 10所示.這種鉗位單元的原理與上述轉(zhuǎn)子側(cè) Crowbar相似.其優(yōu)點(diǎn)是町以在轉(zhuǎn)子繞組上提供適 當(dāng)?shù)你Q位電壓，將轉(zhuǎn)子繞組瑤電壓限制在一定范圍 內(nèi)，避免過電壓問題.圖10鉗位單元Fig.10 Clamping unit3.5變槳距技術(shù)變槳距可使槳葉的節(jié)距角(氣流方向與葉片橫 截面的弦的夾角)在0。90。的范圍內(nèi)變化，以使 風(fēng)輪捕獲的風(fēng)能相對穩(wěn)定.并保持在發(fā)電機(jī)容最允 許的范曲以內(nèi) DFIG時轉(zhuǎn)速取決于風(fēng)力機(jī)輸入功 率和DFIG輸出功率之望.電網(wǎng)電壓驟降之后，若 風(fēng)輪的輸入功率不變.曲于DFIG輸送至電網(wǎng)功率 的減小.不平衡的功率將導(dǎo)致DFIG轉(zhuǎn)速快速升高,

28、 #電工技術(shù)學(xué)報2009年9月此時應(yīng)及時增大槳葉節(jié)距角以減小風(fēng)力機(jī)的輸入功 率，從而阻止機(jī)組轉(zhuǎn)速上升，即實(shí)行變漿距控制。 典型的變槳距控制方法如圖11所示電網(wǎng)正常 悄況下，根據(jù)風(fēng)速調(diào)節(jié)槳距角&使DHG在一定轉(zhuǎn) 速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)整大風(fēng)能追蹤的變速恒頻發(fā)電：一旦 檢測到電網(wǎng)電壓驟降則馬上啟用槳距角緊急控制， 根據(jù)故障時給定的風(fēng)力機(jī)極限功率來計(jì)算風(fēng)能利用 系數(shù)",然后査農(nóng)得出槳距角參考值，通過減小 風(fēng)電機(jī)組的輸入功率來適應(yīng)電網(wǎng)故障下輸岀電能的 減小.該方法的優(yōu)直是可以防止電網(wǎng)故障時DFIG 的轉(zhuǎn)速突升爭故，缺點(diǎn)是要增加一套變槳距調(diào)節(jié)機(jī) 構(gòu).增大了控制復(fù)雜性和故障發(fā)生的幾率，特別是 對于

29、電伺服的槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)隱患更大.電網(wǎng)正常時 變槳距機(jī)構(gòu)可由電網(wǎng)提供電力工作，電壓跌落之后， 則需要采用備用電源供電，進(jìn)一步增加了成本和復(fù) 雜程度。圖11變槳距控制框圖Fig. 11 Block diagram of pitch angle control4低電壓穿越技術(shù)的發(fā)展方向通過以上對變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低 電壓穿越技術(shù)的分析.并結(jié)合我國風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)狀，預(yù)計(jì)今后該技術(shù)將會圍繞以下幾個方面展開 研究：(1) 建立適合我國電網(wǎng)實(shí)際情況的LVRT技術(shù) 標(biāo)準(zhǔn)，使風(fēng)電設(shè)備生產(chǎn)商和風(fēng)電場開發(fā)商有據(jù)可依。 在較強(qiáng)電網(wǎng)地區(qū).可以適當(dāng)放寬LVRT要求.從而 降低工程成本：在弱電網(wǎng)地區(qū)則需執(zhí)行嚴(yán)洛

30、的 LVRT標(biāo)準(zhǔn).確保電網(wǎng)與機(jī)組的安全(2) 由于DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行控制本質(zhì) 上是對勵磁變頻器的控制，所以針對各種電網(wǎng)故障 情況的DFIG改進(jìn)控制策略將是未來低電壓穿越技 術(shù)研究的重點(diǎn)特別是在不太嚴(yán)璽的電網(wǎng)故障情況 下，可優(yōu)先采用不增加硬件的改進(jìn)控制方法(3) 現(xiàn)有的DFIG及勵磁變頻器的瞬態(tài)數(shù)學(xué)模 型尚不紡牯確，未能真實(shí)反應(yīng)DFIG機(jī)組在各種電 壓故障條件下的電磁響應(yīng)，影響到控制策略和保護(hù) 裝置設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性.所以構(gòu)建包含保護(hù)裝置(如 Crowbar)在內(nèi)的DFIG系統(tǒng)的瞬態(tài)數(shù)學(xué)模型，將成 為LVRT技術(shù)研究的重要內(nèi)容(4) 對電網(wǎng)電壓故陸的快速檢測以及對故障類 型的準(zhǔn)確鑒別是LVRT

31、運(yùn)行控制的堆礎(chǔ)，因此對含 有正、負(fù)序分駁及諧波成分的復(fù)雜電網(wǎng)條件下的快 速鎖相檢測技術(shù)的研究至關(guān)重要.也是LVRT技術(shù) 的蛋要組成部分。(5) 研制各種低成本、高可靠性.控制簡單的 保護(hù)裝置.以確保嚴(yán)重故障下DFIG特別是勵磁變 頻器的安全，是低電壓穿越成功與否的關(guān)鍵。以上 提及的各種保護(hù)裝置各有利弊，可以聯(lián)合使用以結(jié) 合其優(yōu)點(diǎn)，從而滿足當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的LVRT技術(shù)規(guī)范。(6) 研究電網(wǎng)故障下的快速無功補(bǔ)償策略和 相關(guān)的電力電子穩(wěn)壓裝置.減小電壓驟降對DFIG 機(jī)組的沖擊.并利用DFIG幫助穩(wěn)定及恢復(fù)故障電 網(wǎng)電壓.是一種可行的先進(jìn)控制思想5結(jié)論隨著以DFIG為主體的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī) 容最的不斷

32、増加提高DFIG在電網(wǎng)故障下的LVRT 能力顯得尤為重要。本文提出了 LVRT運(yùn)行的控制 目標(biāo).系統(tǒng)地總結(jié)和評價了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界 在DFIG風(fēng)電機(jī)組的故陸運(yùn)行控制和保護(hù)方面的研 究成果.并預(yù)測了 LVRT技術(shù)未來的發(fā)展趙勢，可 為后續(xù)研究和工程應(yīng)用提供參考和借鑒.參考文獻(xiàn)1 Chinese wind energy association. Joint memorandum on realising the opportunities and potential of the Chinese wind market(OL. May. 2007, Http:/ dum.pdf2 Anca D

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