低電壓穿越技術

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低電壓穿越技術低電壓穿越(Low voltage ride through，LVRT )，低電壓過渡能力，曾稱「低電壓穿越」。定義：發電系統在確定的時間內承受一定限值的電網低電壓而不退出運行的能力。

穿越技術

問題的提出

對於變速恆頻雙饋風力發電機，在電網電壓跌落的情況下，由於與其配套的電力電子變流設備屬於AC/DC/AC型，容易在其轉子側產生峰值涌流，損壞變流設備，導致風力發電機組與電網解列。在以前風力發電機容量較小的時候，為了保護轉子側的勵磁裝置，就採取與電網解列的方式，風力發電的容量都很大，與電網解列後會影響整個電網的穩定性，甚至會產生連鎖故障。於是，根據這種情況，國外的專家就提出了風力發電低電壓穿越的問題。

LVRT概念

當電網發生故障時，風電場需維持一段時間與電網連接而不解列，甚至要求風電場在這一過程中能夠提供無功以支持電網電壓的恢復即低電壓穿越。

對於風力發電低電壓運行標準，主要以德國e.on netz公司提出的為參考。

雙饋風力發電機由於其自身機構特點，實現LVRT存在以下幾方面的難點：

1.確保故障期間轉子側衝擊電流與直流母線過電壓都在系統可承受範圍之內；

2.所採取的對策應具備各種故障類型下的有效性；

3.控制策略須滿足對不同機組、不同參數的適應性；

4.工程應用中須在實現目標的前提下儘量少地增加成本。

暫態過程分析

電網電壓跌落後DFIG運行的暫態過程分析(感覺這部分內容需要理論推導)

在電網電壓跌落情況下，風電機組中的雙饋感應發電機會導致轉子側過流，同時轉子側電流的迅速增加會導致轉子勵磁變流器直流側電壓升高，發電機勵磁變流器的電流以及有功和無功都會產生振盪。這是因為雙饋感應發電機在電網電壓瞬間跌落的情況下，定子磁鏈不能跟隨定子端電壓突變，從而會產生直流分量，由於積分量的減小，定子磁鏈幾乎不發生變化，而轉子繼續旋轉，會產生較大的滑差，這樣便會引起轉子繞組的過壓、過流。如果電網出現的是不對稱故障的話，會使轉子過壓與過流的現象更加嚴重，因為在定子電壓中含有負序分量，而負序分量可以產生很高的滑差。過流會損壞轉子勵磁變流器，而過壓會使發電機的轉子繞組絕緣擊穿。

技術方案

低電壓穿越技術一般有三種方案：一種是採用了轉子短路保護技術，二種是引入新型拓撲結構，三是採用合理的勵磁控制算法。本周我主要看了前兩種，以下分別介紹。

轉子短路保護技術

比較典型的crowbar電路有如下幾種：

(1)混合橋型crowbar電路，每個橋臂有控制器件和二極管串聯而成。

(2)IGBT型crowbar電路，每個橋臂由兩個二極管串聯，直流側串入一個IGBT器件和一個吸收電阻。

(3)帶有旁路電阻的crowbar電路，出現電網電壓跌落時，通過功率開關器件將旁路電阻連接到轉子迴路中，這就為電網故障期間所產生的大電流提供了一個旁路，從而達到限制大電流，保護勵磁變流器的作用。

拓撲結構

這種結構與傳統的軟啟動裝置類似，在雙饋感應發電機定子側與電網間串聯反並可控硅電路。在正常運行時，這些可控硅全部導通，在電網電壓跌落與恢復期間，轉子側可能出現的最大電流隨電壓跌落的幅度的增大而增大，為了承受電網故障電壓大跌落所引起的的轉子側大電流衝擊，轉子側勵磁變流器選用電流等級較高的大功率IGBT器件，這樣來保證變流器在電網故障時不與轉子繞組斷開時的安全。電網電壓跌落再恢復時，轉子側最大電流可能會達到電壓跌落前的幾倍。因此，當電網電壓跌落嚴重時，為了避免電壓回升時系統在轉子側所產生的大電流，在電壓回升以前，將雙饋感應發電機通過反並可控硅電路與電網脫網。脫網以後，轉子勵磁變流器重新勵磁雙饋感應發電機，電壓一旦回升到允許的範圍之內，雙饋感應發電機便能迅速地與電網達到同步。再通過開通反並可控硅電路使定子與電網連接。這樣可以減小對IGBT耐壓、耐流的要求。對於短時間內能夠接受大電流的IGBT模塊，可以減少雙饋感應發電機的脫網運行時間。轉子側大功率饋入直流側會導致直流側電容電壓的升高，而直流側的耐壓等級依賴於直流側電容的大小，因此直流側設計crowbar電路，在直流側安裝電阻來作吸收電路，將直流側電壓限制在允許範圍內。

這種方式的不足之處是：該方案需要增加系統的成本和控制的複雜性。考慮到定子故障電流中的直流分量，需要可控硅器件能通過門極關斷，這要求很大的門極負驅動電流，驅動電路太複雜。這裡的可控硅串聯電路如果採用穿透型IGBT的話，IGBT必須串聯二極管。而採用非穿透型IGBT的話，通態損耗會很大。理論上，如果利用接觸器來代替可控硅開關的話，雖通態時無損耗，但斷開動作時間太長。而且由於該方案在輸電系統故障時發電機脫網運行，因此對電網恢復正常運行起不到積極的支持作用。

通常雙饋感應發電機的背靠背式勵磁變流器採用的與電網並聯方式，這意味着勵磁變流器能向電網注入或吸收電流。為了提高系統的低電壓穿越能力，文獻提到了一種新的連接方式，即將變流器與電網進行串聯連接，比如，變流器通過發電機定子端的串聯變壓器實現與電網串聯連接，則雙饋感應發電機定子端的電壓為網側電壓和變流器輸出的電壓之和。這樣便可以通過控制變流器的電壓來控制定子磁鏈，有效的抑制由於電網電壓跌落所造成的磁鏈振盪，從而阻止轉子側大電流的產生，減小系統受電網擾動的影響，達到強化電網的目的。但這種方式將增加系統許多成本，控制也比較複雜。

低電壓穿越能力是當電力系統中風電裝機容量比例較大時，電力系統故障導致電壓跌落後，風電場切除會嚴重影響系統運行的穩定性，這就要求風電機組具有低電壓穿越(Low Voltage Ride Through，LVRT)能力，保證系統發生故障後風電機組不間斷併網運行。