双馈风力发电机组低压穿越能力的检测与分析

摘要: 有效检测风力涡轮机的低压穿越（LVRT）能力是防止大型风力涡轮机与电网断开连接并确保电网安全稳定运行的先决条件. 对于当前的双馈感应发电机组（DFIG），Crowbar电路主要用于实现LVRT解决方案. 对溶液的检测过程和参数设置进行了深入研究. 基于风电场DFIG LVRT能力的现场检测，模拟了电网的出现. 三相对称故障和两相对称故障验证了检测过程和结果的有效性.

关键字: 双馈感应发电机；低电压穿越现场检查

1简介

近年来，中国的风电产业发展迅速，特别是在风能资源丰富的地区. 风电并网容量在电力供应中的比重迅速上升. 风力发电的差距风电机组低电压穿越，随机性和不可控性将稳定区域电网. 操作会带来隐患，尤其是风力涡轮机是否具有LVRT能力，这直接与将大型风力涡轮机从电网中拆除有关，这可能导致电网电压和频率崩溃并严重威胁安全. 电网稳定运行. 目前，关于风力发电机LVRT的文献研究主要集中在功能特性，控制策略等方面，但对LVRT能力的检测技术和测试结果要求的研究很少. 尽管德国，丹麦和其他国家已经制定了风电并网准则，并规定了LVRT的要求，但是对于具体的检测技术和方法却很少有解释.

此处，基于风电场DFIG LVRT的现场测量，研究了检测技术和要求，并在不同风况下，模拟了电网的三相对称故障和两相非对称故障. ，并对风机进行了深度LVRT测试结果的分析.

2 LVRT标准和要求LVRT意味着，当电网故障或干扰导致风电场的电网连接点的电压下降时，在一定的电压降范围内，风力涡轮机可以确保连续运行而不会离网. 当前各国根据实际情况对LVRT的要求有所不同. 图1显示了各国风力涡轮机的LVRT标准要求.

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德国和美国规定，电网的电压降深度应在15％以内. 风力涡轮机不应离网，并且可以持续150 ms和625 ms. 需要在1.5 s和3 s后恢复到标称电压的90％. ％;中国，，丹麦规定，电网压降深度应在20％以内，要求风力涡轮机在不离网的情况下运行，可持续625 ms，500 ms和100 ms，并恢复到2 s，1 s和750. 分别为ms的标称电压为90％风电机组低电压穿越，80％，75％或更高. 仅当电网电压降至指定曲线以下时，才允许将风扇从电网断开. 当凹部中的电压下降时，有必要向系统提供一定的无功功率支持. 中国制定的风机的LVRT标准要求相对适中，同时规定了有功功率恢复. 对于在电网故障期间未将电网切断的风电场，应在电网故障被清除至至少10％Pn后迅速恢复其有功功率/ s的功率变化率（Pn为额定功率）恢复到该值在故障之前.

3 DFIG LVRT检测方法

3.1 LVRT的实现当前使用的更成熟的方法是在转子侧安装Crowbar电路. 该方法简单有效，易于实施，成本低. 撬棍电路分为有源和无源类型. 由于无源电路在发生电网故障时无法提供电压支持，因此故障消除后，无源电路也无法立即为电网恢复供电. 很难适应新的风电并网连接要求. 许多风力涡轮机制造商使用由停机设备形成的有源电路结构.

LVRT实现了风机主控制系统，变流器控制系统和风机俯仰角控制系统之间的协调控制. 当电网故障或干扰导致风力发电机的端电压下降时，转子侧大电流超过设定值. 设置该值时，主控制系统要求撬棒电路投入运行，转子侧变流器为退出时，电网侧变流器通常与电网连接，变流器控制系统执行该命令；然后启动风力发电机的俯仰角控制系统，以减小风量和机械转矩. 清除故障后，主控制系统命令撬棒电路退出，转子侧变流器投入运行，系统恢复正常运行. 目前，家用风力发电场中的大多数风力涡轮机，变流器和主控制系统都是由不同的制造商生产的. 需要严格的合作控制. 根据对风电场风力涡轮机LVRT测试结果的分析，在机组进行LVRT检测期间，风机跳闸的主要原因集中在控制器的配合上，特别是当撬棍动作会产生大电流时振荡，不仅会触发保护动作并引起跳闸，还会影响变速箱和机械传动. 机械零件（例如轴）的安全运行和寿命要求严格的逻辑顺序和控制协调方面的计划，从而减少电流振荡. 此外，主控制系统与每个控制系统之间的握手信号和信息传输的可靠性也直接影响风力发电机LVRT的可靠实施.

3.2 LVRT检测方法在德国，丹麦和等风电发达国家，对风机的LVRT检测技术和装置的研究具有一定的基础. 在中国的风力发电处于发展时期的同时，中国国家电网公司于2009年发布的《风电场接入电网技术法规》阐明了风力涡轮机LVRT的要求. “电网关键措施”，它为已连接到电网的风电场单元的LVRT现场检查和新的并网风力涡轮机的LVRT检查提供了强制性规定. 目前，风机的LVRT检测主要通过三种方法实现: 阻抗分配，变压器和电力电子转换. 其中，由于IGBT和GTO等开关器件的局限性，电力电子转换方法仍处于实验室原型研究阶段. 工程实践该应用程序主要使用阻抗分压，包括固定和移动类型. 全球首台35 kV / 6 MVA晶闸管控制的阻抗分压LVRT检测设备于2010年7月在中国国家风电研究测试中心的测试基地成功开发. 该设备可以有效地模拟压降和恢复过程. 电网. 仿真电网的三相对称故障和两相非对称故障.

移动式LVRT检测设备主要用于风电场并网型风力涡轮机的检测. 它使用断路器来控制阻抗分压器结构，并安装在汽车集装箱内. 以35 kV电压电平移动LVRT检测设备为例，图2显示了风机的LVRT检测. 检测装置与箱型变压器的高压侧串联连接，限流电抗器Xsr和短路电抗器Xsc通过控制断路器连接. 为了实现箱式变压器高压侧的压降，压降深度h取决于系统阻抗Xs和Xsr. Xsc和h的计算公式为:

h = Xsc ／（Xs + Xsr + Xsc）（1）

可以看出，改变Xsr和Xsc可以实现多种h组合，以有效补偿由不同风电场和等效系统阻抗引起的落深的偏差. 跌落的持续时间可通过控制Xsr，Xsc输入和移除时间以及相关标准获得. 检测装置的跌落深度偏差为±5％，下降时间，跌落持续时间和恢复时间的偏差为±5％. 20毫秒.

4 DFIG LVRT测试结果分析通过模拟电网中三相相位对称和两相相位不对称故障的发生，在95％Pn下对风电场DFIG LVRT进行了现场测试，以验证有效性检测过程和结果. 检查的风扇的额定容量为1.5 MW，机器的出口电压为690V. 该风扇在转子侧使用Crowbar电路实现LVRT. 如图2所示，将35 kV移动式LVRT检测设备串联到箱式变压器的高压侧，并使用空载测试来模拟625秒钟的电网电压降深度为20％ ms来确定Xsr和Xsc.

图3是模拟三相之间的对称故障时的波形. 可以看出，最大电压降约为23％，持续时间约为620 ms，电压降瞬间的最大瞬时电流为工作电流的2.5倍，故障排除后的电流恢复时间为9.35 s. ，功率回收率约为77 kW / s，即Pn / s为5.13％.

图4是模拟两相之间的短路故障时的波形. 可以看出，两相短路故障的压降幅度为51.2％，持续时间约为622 ms，短路相的最大瞬时电流达到工作电流的3.5倍，恢复后的电流恢复时间故障排除时间为10.98 s，功率恢复率为4. 36％Pn / s.

5结束语在分析风机低压穿越标准和检测方法的基础上，研究了检测过程，并基于现场测量，确定了三相对称故障和两相非对称故障. 对电网中的发电机进行仿真，以验证检测过程的有效性以及风力发电机低压穿越能力的结果.

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