双馈型风力发电机低电压穿越仿真分析
Analysis of LV RT of Wind T urbine Drivern DFIG w ith Simulations
姜 传,肖湘宁
(华北电力大学,北京 102206)
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,采用主动撬棒电路旁路转子侧变流器解决,在M atlab/Sim ulink 中建立了模型并进行了仿真分析,仿真结果验证了主动撬棒电路能够有效实现双馈型风力发电机在三相对称故障条件下的低电压穿越,并分析了撬棒电阻的选取,得出选取较大的撬棒电阻更有利于电网的恢复的结论。
关键词:低电压穿越;双馈型风力发电机;主动撬棒电路
Abstract :During the period of a g rid fault ,over -cur rent and ov er -vo lt age w as induced in stat or a nd ro tor winding.In o rder to pr otect the conver ter ,active cr ow bar w as used t o shor t doubly-fed induct ion g enerato r (D FIG )ro tor side conver ter .T he theo ry analysis is ver ified by the simulation r esults in M atlab /Simulink .T hr oug h the active cro wbar ,low vo lta ge ride-t hr o ug h (L VR T )ability o f D FIG is achieved.A cco rding to the analy sis o f the resistance in the cir cuit,hig her r esistance of cr ow ba r cir cuit is g oo d fo r r ecover y o f the g rid v oltage.Key words :L VR T ;D FIG ;active cr ow bar cir cuit
中图分类号:T M 711 文献标志码:A 文章编号:1009-5306(2010)05-0016-03
收稿日期:2010-09-17
作者简介:姜 传(1984-),男,硕士研究生,主要研究方向为电力电子与电力传动。
在风力发电发展初期,由于其所占比例较低,为保护风力发电机,即使电网出现较小的故障,风力发电机也要与电网解列[1]
。近年来,风电场规模已经变得更大,如果大规模风电机组从电网解列,会对电网的稳定运行造成严重影响。因此,接入电网的风电机组在一定程度的电网故障情况下能够继续保持并网运行是至关重要的。为了实现不脱网运行,风电机组必须具备低电压穿越能力(LVRT ),即电网电压跌落时,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功率以支持电网电压的恢复。
双馈感应式风力发电机(DFIG)是目前主流机型。当其定子直接并网,导致其对电网故障比较敏感,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,这就使得双馈感应风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,这不利于电网的安全稳定运行。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(activ e cr ow bar )技术,采用这种方法可以使双
馈发电机在故障电流升高至额定值以上时将主动撬棒投入,而在故障电流降低到额定值以下时断开主动撬棒电路,实现双馈风力发电机电网故障中的可控运行[2]。图1为装备主动撬棒的双馈风力发电机
结构图。
图1 装备主动撬棒的双馈风力发电机结构图
1 电压跌落时双馈风电机的暂态特性
DFIG 的定子侧直接与电网相联,故障时这种
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直接耦合使得电网电压的降落直接反映在电机定子端电压上,在定转子绕组中会出现暂态的磁链直流分量。定子磁链的直流量和负序分量相对于以较高转速运转的电机转子会形成较大的转差,从而感生出较大的转子电势并产生较大的转子电流,导致转子电路中电压和电流大幅增加[3-4]。
定转子电流的大幅波动会造成DFIG电磁转矩的剧烈变化,对风电机组机械系统产生很大冲击。转子能量流经转子侧变流器(RSC)之后,一部分被网侧变流器(GSC)传递到电网,剩下的给直流电容充电,导致直流母线电压的快速升高[5],所以必须采取保护措施抑制转子过电流,保护RSC和GSC。
2 主动撬棒的控制和投切时间
2.1 主动撬棒的控制
主动撬棒的控制原理:当转子侧电流或直流母线电压增大到预定的阈值时触发导通开关元件,使得由故障产生的较大的转子电流流过撬棒电路,旁路RSC。
撬棒动作之后,DFIG的运行状态将类似于恒速的鼠笼式异步电机,在这种运行状态之下DFIG 会从电网吸收一定的无功功率。撬棒动作后DFIG 的稳态运行特性不仅和转子回路串入撬棒电阻的大小有关而且还受电网电压跌落程度的影响。撬棒电路中的放电电阻可以减小转子衰减时间常数,加快转子磁链直流分量的衰减,可以使DFIG迅速恢复到可控运行状态[6]。较大的撬棒电阻可以使转子过电流更快的衰减,但撬棒电阻太大会导致转子绕组上产生过电压,过小则不能起到限制转子电流的作用。当DFIG转子电流和转子变流器直流电压降低到额定保护值以下时,撬棒电路退出,DFIG重新恢复到正常的变速运行状态。
2.2 主动撬棒的投切时间
撬棒投入期间,由于RSC被旁路,失去对机组功率输出的控制,因此机组没有无功功率输出。若撬棒电路在故障清除之后退出,因为机组工作在异步机状态且转子接有外加电阻,所以在故障清除时刻,机组的暂态扰动比较大,并且在故障清除至撬棒退出期间,机组需要从系统吸收较多无功功率,对系统电压恢复不利;另外,撬棒投入的时间越长,暂态过电流衰减得越多,能够防止撬棒的再次投入,但同时机组会在撬棒投入期间从电网吸收更多的无功功率。所以在故障清除之后,撬棒应该尽可能快地退出,使DFIG快速恢复正常运行状态,尽量减少DFIG吸收的无功功率以支持电网电压的恢复。经过综合考虑和比较,撬棒电路投入时间选为0.08s。
3 仿真分析
为验证前面理论的分析结果,应用M atlab/ Simulink建立了1个1.5M W的双馈风力发电机模型。仿真参数如下:额定功率P=1.5M W,额定电压690V,定子电阻标幺值R s=0.00706,转子电阻标幺值R r=0.005,定子漏感标幺值L ls=0.171,转子漏感标幺值L lr=0.156,激磁电感标幺值L m=2.9。在仿真过程中,风机并网变压器690V侧发生三相短路故障,故障在1.9s时刻发生, 2.0s时刻清除,电网电压标幺值跌落至约0.2。撬棒电路投入时间选为0.08s。
3.1 撬棒电阻标幺值取0.1时
图2至图6依次给出了故障中的电网电压、定子电流、转子电流、发电机有功功率以及发电机无功功率标幺值。
由图3至图4可见,故障发生后,定转子冲击电流标幺值分别达到4.3,4.5,此时撬棒电路投入,转子故障电流流过撬棒,RSC被旁路。由于撬棒电路的作用,转子暂态电流开始快速衰减,在此阶段双馈电机从电网中吸收一定无功功率。当转子侧电流衰减到保护值以下,撬棒电路退出,转子变流器重新工作。在电网故障清除后,双馈发电机经过约150m s 的调整,恢复正常运行。
在整个故障过程中,双馈发电机一直保持与电网相联,实现了不脱网运行。
3.2 撬棒阻标幺值取0.02与0.2时
为了进一步分析撬棒阻值对DFIG无功功率的影响,保持其他条件不变,仿真了撬棒阻标幺值分别取0.02,0.2的2种情况。
图7中故障过程吸收无功功率多于图6中撬棒阻标幺值为0.1的情况,故障清除之后吸收无功功率也较多,吸收无功功率标幺值最多时达到约1.1,这将不利于电网电压的恢复。
图8中故障过程吸收无功功率标幺值少于图6和图7中的情况,而且故障清除之后吸收无功功率
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图2
电网电压标幺值图3
定子电流标幺值
图4
转子电流标幺值
图5
发电机有功功率标幺值
图6 发电机无功功率标幺值
标幺值也较图6和图7少,从未超过1.0,吸收的无功功率标幺值最多时也只达到了约0.6,这将有利于电网电压的恢复。
故障清除之后,若因风场中部分机组撬棒未能及时退出而吸收大量无功,所导致周边电压风场电压下降,很可能使周边风场机组的撬棒再次投入,但撬棒阻标幺值为0.2时在故障清除之后吸收无功功率较少,这将有助于电网电压恢复,同时减小对周边风场电压的影响。所以应该在合理范围内尽量选取较大的撬棒电阻,这样有利于电网电压恢复,
还可以图7 撬棒阻标幺值取0.02时的无功功率标幺值
减少发电机因撬棒未能及时切除而吸收的无功功率,防止撬棒再次投入。
4 结语
本文的研究结果表明主动撬棒电路在电网故障情况下能够保护变流器并使双馈机尽快恢复工作,有效的实现了低电压穿越。通过对选取不同撬棒电
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都是理想节点,而拉线塔中的节点螺栓有一个允许间隙,使得拉线张拉过程中,先是274铁承受拉线拉力,在274铁变形后,与274铁相连接的其他杆件才参与工作,这也正好解释了274铁符合设计要求却在线路运营过程中产生极为明显的弯曲变形的原因。
4 结论
本文通过有限元基本理论推导为拉线式输电塔的有限元分析建立了理论基础。同时通过试验对有限元分析结果进行了验证。通过以上的一些分析,说明在预应力空间钢结构设计过程中应该重视拉线点处杆件的细部设计,同时考虑施工误差引起的对于个别杆件受力的影响。
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(编辑 李健平)
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图8 撬棒阻标幺值取0.2时的无功功率标幺值
阻进行比较分析,结果说明为了减少故障过程中和故障清除之后风机吸收的无功功率以支持电网电压的恢复,应该选取较大的撬棒电阻。
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(编辑 李健平)
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双馈风力发电模拟实验机组 双馈风电机组（又称：双馈风力发电机模拟试验台），是风力发电行业广泛应用的模拟实验机组，该机组具有模拟变速恒频风力机组并网发电的功能及特性，是风电行业科学研究、教学实验的理想产品。 双馈风电机组分为拖动单元、控制单元、发电单元、测量单元。 本机组使用原动电机为拖动单元，电动机通过联轴器拖动双馈发电机。用户可根据设计的实验目的由控制单元调节电动机转速，达到宽范围模拟大自然风速变化引起的发电机发电状况之变化。用户通过开放式测量单元，可以根据自己的实验需求给定发电机转矩，通过控制双馈发电机的功率输出，达到变速恒频风力机组的并网发电等过程各参数的实验研究。通过机组故障模拟，达到对机组常见故障的认识和处理方法。 拖动单元的原动机选用异步电动机（也可选用永磁同步电动机、交流同步电动机、直流电动机）：模拟机组因风速变化而引起的转速变化。 发电单元选用双馈发电机（也可选用永磁同步发电机、直流发电机、交流异步发电机，交流同步发电机）：双馈发电机变速恒频发电。 控制单元选用变频器控制拖动电机转速，用以模拟风速的变化，同时可以方便的通过计算机控制变频器实现电机的转速调节模拟风机出力。 测量单元选用光电编码器采集发电机的转子位置和实时转速，光电编码器安装于发电机后端输出轴上（两台电机联轴间也可安装扭矩传感器，用于测量轴功率和转速）；选用电压、电流、频率等测量传感元件及检测显示表面板、按键，开关模块等，对电量信号进行采集、分析、处理。 机组实现变速恒频风力机组发电状态的模拟，包括转速、转矩、发电量及有功、无功调节。拖动单元：模拟机组因风速变化而引起的转速变化。 机组模拟实验内容 1、风力发电机接线形式实验 2、空载运转实验 3、风速模拟实验 4、转距模拟实验
双馈式风力发电机 【摘要】随着地球能源的日益紧缺，环境污染的日益加重，风能作为可再生绿色能源越来越被人们重视，风力发电技术成为世界各国研究的重点。变速恒频发电技术是一种新型风力发电技术，其主要优点在于风轮以变速运行。通过调节发电机转子电流的大小、频率和相位，从而实现转速的调节。而其中双馈发电机构成的风力发电系统已经成为目前国际上风力发电的必然趋势。 关键词：风能风力发电变速恒频双馈式发电机 一、风力发电 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。 风力发电：把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。 风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；中国也在西部地区大力提倡。我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。 风力发电的原理：是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13~25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。 风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。 风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。（现在还有一些垂直风轮，s型旋转叶片等，其作用也与常规螺旋桨型叶片相同）
低电压穿越：当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行。 低电压穿越 英文:Low voltage ride through 缩写: LVRT 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 低电压穿越 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)。LVRT是对并网风机在电网出现电压跌落时仍保持并网的一种特定的运行功能要求。不同国家(和地区)所
基本要求 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，该电网区域内运行的风电场应具有低电压穿越能力。 风电场低电压穿越要求 右图为对风电场的低电压穿越要求。 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。 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
风力发电系统低电压穿越技术探讨 发表时间：2018-08-06T17:04:52.203Z 来源：《电力设备》2018年第11期作者：张勇 [导读] 摘要：风力发电是将风能转化为电能的新型可再生能源，由于风能取之不尽，用之不竭，在世界范围内受到了越来越广泛的重视。 （华电福新能源股份有限公司北京市 100031） 摘要：风力发电是将风能转化为电能的新型可再生能源，由于风能取之不尽，用之不竭，在世界范围内受到了越来越广泛的重视。但如果瞬时风能的大小是随机的，且风能的变化是波动的，这就容易造成电力系统发生故障，进而导致低电压穿越问题。在近些年来，人们对电力资源的需求不断增大，若因故障而发生电压跌落问题，风力机组也因此纷纷解列，就会使系统产生不稳定性，甚至产生局部或全面的供电系统不可正常运行，因此，人们对于低压穿越技术越来越重视。 关键词：风力发电；低电压穿越技术；Crowbar电路；控制策略；技术要求 1引言 近些年来，随着社会和科技的不断发展，同时存在的问题是能源的不断消耗。走可持续化道路是当今世界的主题之一，因此，寻找可持续化再生能源是每个国家的重要研究课题。风能作为一个目前已经比较成熟的发电方式具有清洁性和可再生性，除此以外，还具有开发成本降低速度快、开发条件成熟、运行灵活等优点，因此受到了各个国家政府的重视和支持。但在实际应用过程中，也难免存在着各种各样的问题。由于自然界的风具有不确定性和波动性，导致产生的电能也不是稳定不变的，而整个电力系统也会在安全方面和稳定性方面受到影响。各国为了解决此类问题，减小大规模的风电并网产生的影响，提高整个供电系统的稳定性和安全性，均纷纷制定了相关的技术准则，而低电压穿越能力是需要解决的问题之一。 2低电压运行技术发展现状分析 低电压穿越也可简称为LVRT是指在风力发电机并网点电压跌落时，风力发电机具有保持并网的能力，甚至能够提供无功功率，以此来支持电网的恢复，“穿越”低压时间段，直到整个电网恢复正常的运行。在现实生活中，电压跌落故障是常见的故障之一，会造成一系列的不良影响，例如过电压、电流急速上升，危害整个系统的正常工作，且系统的恢复工作难度大，因此应当采取有效的低电压穿越技术，来维持整个电网的稳定。因此各国都对低电压穿越技术的加强给予了很大的重视。 低电压穿越技术是当前的一个热门问题，双馈式变速恒频风力发电机因为其本身具有有功无功都可以独立控制的优势，而在国内外广泛的应用。并得到国内外学者的深入研究，当前的低电压穿越技术主要包括三种方案：（1）采用对转子发生短路时进行保护的技术；（2）引入新型的低压旁路系统即为新型的拓扑结构；（3）修改控制策略，而低电压穿越的效果不变，即采用新型励磁控制策略。方案（1）是在实际生产过程中应用最普遍的方式，主要是通过在转子的侧边安装Crowbar电路的方式，来维持发电机的正常运行。方案（2）是通过在感应发电机具有定子的一旁与电网之间串联一个反并可控硅电路，以此来直流侧电压控制在允许变化的范围内。方案（3）是几个方案中成本最低的，普遍应用的是在用于风电场汇流作用的变电站对风场并网点的电压进行动态的监控，该监控主要使用STATCOM技术产品来实现，通过此方式使风机具有低电压穿越功能。 3低电压穿越技术的技术要求 每个国家对低电压穿越技术的要求各不相同，下面列举了几个具有代表性的国家： （1）德国：该国标准要求当故障排除以后，有功功率以每秒恢复额定功率的百分之二十或者以上的速度不断增加，当无功功率的故障被发现后，应当在20秒内进行无功功率电压的支持，且要求电压浮动百分之一，电流相应的浮动百分之二。 （2）美国：该国标准要求当电压跌落到额定电压的百分之十五时，要求风力发电机的低电压穿越能力是维持并网正常运行625毫秒。当电压在产生后达到额定电压的百分之九十时，风力发电机能够保证整个系统的正常运行，电压产生后达到所需电压值的时间为3秒。 （3）加拿大：该国标准要求电压跌落为0时，风力发动机应当具备的低电压穿越能力为维持正常运行150秒。电压在一定时间内恢复到额定电压的百分之八十五时，能够使并网正常运行，其中恢复到所需电压的时间为3秒。 （4）中国：我国在2005年才发布了相关指导性文件，与其他国家相比，较晚一些。按照2012年推行的电力系统技术要求，我们可以得到以下三点关于低电压穿越技术的要求。首先，最基本的要求是当电压跌落至额定电压的百分之二十时，应当具备的低电压穿越能力为保持运行625毫秒。电压在一定时间内恢复到额定电压的百分之九十时，能够使并网正常运行，其中恢复到所需电压的时间为3秒。其次，当有功功率的故障被发现并排除后，有功功率以每秒恢复额定功率的百分之十或者以上的速度不断增加。最后，对于大规模的风电场群，当电压跌落的原因为三相短路时，动态无功支撑功能对低电压穿越过程来说是必须的。 4低电压穿越技术特性分析 （1）电压跌落对风力发电机的影响。风力发电机的输出功率是稳定的，但如果出现电压跌落现象，电流会突然增加，为了避免这种现象，保持系统的热稳定性，就需要对电流加以限制。若没有相应的限流措施，电压会产生较大的波动，对变流器造成损坏。这时，为了抑制过电压就需要对发电机旁的输入功率进行控制。这就要求低电压穿越技术不仅能够抑制过电压和电流，还需要在故障时提供无功功率，直至系统恢复。 （2）低电压穿越技术的具体要求。每个国家对低电压穿越技术的要求不同，我国在2009年出台《风电场接入电网技术规定》，上一小节的第四点详细的给出了我国对于低电压穿越技术的具体要求。 （3）以双馈式风力发电系统为例的低电压运行控制策略。电压跌落时最直接的表现是在转子侧出现突然增大的电压和电流，因此，控制策略的关键就在于抑制过电压和过电流，主要的方式在转子的一侧加入Crowbar电路，作为保护措施，实现短接。其工作原理是当电压跌落时，Crowbar电路发挥作用，转子侧发生短接，此时发动机的作用与绕线式异步电机相同，其中异步电机加入了串联电阻。 5结语 随着风力发电系统的规模不断扩大，在社会资源中占据着越来越多的比例，电压跌落问题造成的不利影响越严重。风力发电系统是一个具有高集成化、复杂控制系统、庞大结构特点的系统，我国内近几年发生了几起电网设备故障事故，经研究发现其主要原因是不具备低电压穿越能力。因此，提高低电压穿越能力是当前风力发电发展的重点课题。 本文对低电压穿越技术的发展现状、技术要求以及特性进行详细的分析，针对现在国内外普遍使用的双馈式风力发电系统为例，给出了相应的运行控制策略。该控制策略主要是通过添加Crowbar电路来进行保护控制。针对低电压穿越技术的研究仍将是未来风电领域的研究
变速恒频双馈风力发电机的原理和优点研究 变速恒频发电技术 变速恒频发电技术是一种新型风力发电技术，其主要优点在于风轮以变速运行。这一调速系统和变桨距调节技术环节结合起来，就构成了变速恒频风力发电系统。其调节方法是：起动时通过调节桨距控制发电机转速；并网后在额定风速以下，调节发电机的转矩使转速跟随风速变化，保持最佳叶尖速比以获得最大风能；在额定风速以上，采用失速与桨距双重调节、减少桨距调节的频繁动作，限制风力机获取的能量，保证发电机功率输出的稳定性和良好的动态特性，提高传动系统的柔性。上述方式目前被公认为最优化的调节方式，也是未来风电技术发展的主要方向。其主要优点是可大范围调节转速，使风能利用系数保持在最佳值；能吸收和存储阵风能量，减少阵风冲击对风力发电机产生的疲劳损坏、机械应力和转矩脉动，延长机组寿命，减小噪声；还可控制有功功率和无功功率，改善电能质量。尽管变速系统与恒速系统相比，风电转换装置中的电力电子部分比较复杂和昂贵，但成本在大型风力发电机组中所占比例并不大，因而大力发展变速恒频技术将是今后风力发电的必然趋势。 目前，采用变速恒频技术的风力发电机组，由于采用不同类型的发电机，并辅之相关的电力电子变流装置，配合发电机进行功率控制，就构成了形式多样的变速恒频风力发电系统。主要有以下几类：鼠笼型异步发电机变速恒频风力发电系统、绕线式异步发电机变速恒频风力发电系统、同步发电机变速恒频风力发电系统、双馈发电机变速恒频风力发电系统。其中，由双馈发电机构成的变速恒频控制方案是在转子电路实现的，采用双馈发电方式，突破了机电系统必须严格同步运行的传统观念，使原动机转速不受发电机输出频率限制，而发电机输出电压和电流的频率、幅值和相位也不受转子速度和瞬时位置的影响，变机电系统之间的刚性连接为柔性连接。基于诸多优点，由双馈发电机构成的变速恒频风力发电系统已经成为目前国际上风力发电方面的研究热点和必然的发展趋势。
什么是风力发电机低电压穿越技术定义 2011/05/04 07:37:20来源：中国风力发电网我要投稿 小型发电系统在确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。 低电压穿越(Low voltage ride through，LVRt) 低电压过渡能力：Low Voltage Ride Through ，LVRT ;Fault Ride Through ，FRT 曾称“低电压穿越”。定义：小型发电系统在确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。 一、风力发电机低电压穿越技术 1、问题的提出 对于变频恒速双馈风力发电机，在电网电压跌落的情况下，由于与其配套的电力电子变流设备属于AC/DC/AC型，容易在其转子侧产生峰值涌流，损坏变流设备，导致风力发电机组与电网解列。在以前风力发电机容量较小的时候，为了保护转子侧的励磁装置，就采取与电网解列的方式，但目前风力发电的容量都很大，与电网解列后会影响整个电网的稳定性，甚至会产生连锁故障。于是，根据这种情况，国外的专家就提出了风力发电低电压穿越的问题。 2、LVRT概念的解释 当电网发生故障时，风电场需维持一段时间与电网连接而不解列，甚至要求风电场在这一过程中能够提供无功以支持电网电压的恢复即低电压穿越。 目前对于风力发电低电压运行标准，主要以德国e.on netz公司提出的为参考。 双馈风力发电机由于其自身机构特点，实现LVRT存在以下几方面的难点： 1)确保故障期间转子侧冲击电流与直流母线过电压都在系统可承受范围之内; 2)所采取的对策应具备各种故障类型下的有效性; 3)控制策略须满足对不同机组、不同参数的适应性; 4)工程应用中须在实现目标的前提下尽量少地增加成本。 3、电网电压跌落后DFIG运行的暂态过程分析(感觉这部分内容需要理论推导) 在电网电压跌落情况下，风电机组中的双馈感应发电机会导致转子侧过流，同时转子侧电流的迅速增加会导致转子励磁变流器直流侧电压升高，发电机励磁变流器的电流以及有功和无功都会产生振荡。这是因为双馈感应发电机在电网电压瞬间跌落的情况下，定子磁链不能跟随定子端电压突变，从而会产生直流分量，由于积分量的减小，定子磁链几乎不发生变化，而转子继续旋转，会产生较大的滑差，这样便会引起转子绕组的过压、过流。如果电网出现的是不对称故障的话，会使转子过压与过流的现象更加严重，因为在定子电压中含有负序分量，而负序分量可以产生很高的滑差。过流会损坏转子励磁变流器，而过压会使发电机的转子绕组绝缘击穿。 二、低电压穿越技术的具体实现 目前的低电压穿越技术一般有三种方案：一种是采用了转子短路保护技术，二种是引入新型拓扑结构，三是采用合理的励磁控制算法。本周我主要看了前两种，以下分别介绍。 1、转子短路保护技术(crowbar电路) 这是目前一些风电制造商采用得较多的方法，其在发电机转子侧装有crowbar电路，为转子侧电路提供旁路，在检测到电网系统故障出现电压跌落时，闭锁双馈感应发电机励磁变流器，同时投入转子回路的旁路(释能电阻)保护装置,达到限制通过励磁变流器的电流和转子绕组过电压的作用，以此来维持发电机不脱网运行(此时双馈感应发电机按感应电动机方式运行)。 目前比较典型的crowbar电路有如下几种： (1)混合桥型crowbar电路，如图1所示，每个桥臂有控制器件和二极管串联而成。 (2)IGBT型crowbar电路，如图2所示，每个桥臂由两个二极管串联，直流侧串入一个IGBT器件和一个吸收电阻。 (3)带有旁路电阻的crowbar电路，如图3所示，出现电网电压跌落时，通过功率开关器件将旁路电阻连接到转子回路中，这就为电网故障期间所产生的大电流提供了一个旁路，从而达到限制大电流，保护励磁变流器的作用。 2、引入新型拓扑结构 如图4所示，这种结构与传统的软启动装置类似，在双馈感应发电机定子侧与电网间串联反并可控硅电路。在正常运行时，这些可控硅全部导通，在电网电压跌落与恢复期间，转子侧可能出现的最大电流随电压跌落的幅度的增大而增大，为了承受电网故障电压大跌落所
无刷双馈电机控制原理 一、设备名称 1250KW无刷双馈电机低压变频控制系统 二、设备用途 本设备用于电机厂1250kw无刷双馈电机低压绕组测变频控制 三、现场技术条件及技术参数 1、环境条件 ·工作环境温度:0--40摄氏度 ·存储环境温度:-25-- 55摄氏度 ·相对湿度:<95%(无凝露) ·环境等级/ 有害化学物质:Class 3K3,符合标准 EN 60721-3-3 ·有机体 / 生物体影响因素:Class 3B1,符合标准 EN 60721-3-3 ·污染等级:2 (EN 61800-5-1) 2、电源 ·660 — 690 V 3 AC, ±10 % (-15 % < 1 min) ·不平衡度±5 % 3、无刷双馈同步电动机技术参数 3、1电机型号:TWS630-8 3、2额定功率:1250KW 3、3额定转速:743r/min 3、4满载效率:95、1％ 3、5工频绕组额定电压:6kV 3、6工频绕组额定频率:50Hz 3、7工频绕组额定电流; 100A
3、8工频绕组功率因数:0、84 3、9变频绕组额定电压:690V 3、10变频绕组额定频率: 25Hz 3、11变频绕组额定电流; 528A 3、12变频绕组功率因数: 0、8 4.变频调速装置技术参数 4、1额定功率:450 kW 4、2额定输入电压: 690V 4、3额定输入电流:598 A 4、4额定输入频率:50 Hz 4、5额定输出电压:690 V 4、6额定输出电流:560 A 4、7额定输出频率:25 Hz 5、变频器供电变压器技术参数 5、1产品型号及名称_ZTSFG(H)-800-6__ 5、2额定容量___ _800______kVA 5、3高、低压额定电压___6___ / _0、69__ kV 5、4高压分接范围_____±2×2、5__ _% 5、5短路阻抗________6________% 5、6相数________3________ 5、7绕组数________3________ 5、8频率________50_______Hz 5、9使用条件 5、9、1海拔________1000_____m 5、9、2环境温度________-10～40__℃
基于Matlab的双馈异步风力发电机风电场仿真 仿真对象是一个由6台1.5MW双馈异步风力发电机组组成的9MW的风电场。这个风电场连接着一个25kv的分布式发电系统，它的电能通过35km长，电压等级为25kv的馈线（B25）输入到120kv的电网上。 一、仿真过程及结果分析 1、风速变化，风机的反映。 初始风速设定为8m/s，时间到t=4s，风速增长到14m/s。开始仿真。 图1 风速突然变化时输出的曲线（voltage regulation 模式）
有功功率随转速平稳的增长，用了18秒的时间到达额定9MW。这段时间内风机转速从0.8pu增长到1.21pu。桨距角从0度增长到0.76度，用来限制机械功率。通过调控无功功率来维持电压在1pu。额定功率时，风机吸收了0.68Mvar，从而控制电压不变。 图2 风速突然变化时输出曲线（Var regulation 模式）无功控制模式下，保持功率因数不变，从电网吸收一部分无功来并网（达到同步转速），因吸收无功，电压上升。 2、110kv系统电压突然下降的仿真。 风速不变8m/s。设置5s发生一次0.15pu的电压下降（在Time variation of 中选择Amplitude）。确保风机为无功控制。
图3 110kv电压突然下降（Var Regulation 模式） 用电设备的电流降至0，电动机转速逐渐下降。用电设备被分离出电网。 图4 110kv电压突然下降（voltage regulation模式） 采用Voltage regulation控制模式，用电设备没有被分出电网。因为电压下降时，风电场发出无功功率。
基于Crowbar电路的双馈风力发电机组低电压穿越仿真研究 随着风力发电技术推广，风电场容量逐步增大，低电压穿越技术得到特别重视。风力发电系统实际应用的一种发电机——双馈异步感应发电机，本文选取该发电机为研究对象。在电网电压出现跌落后，风电机转子侧的电流变大，定子的电流变大，电磁转矩大幅波动，转速升高，极有可能出现脱网事故，甚至引发更大的连环事故。为在电网故障切除后，及时恢复电网电压、提高电网稳定性，这就要实现在故障发生后一段时间内风电机组不能脱网。提高低电压穿越能力的方法有很多，主要集中在两个方面，一是硬件电路的改造，二是控制策略的改进。利用MATLAB建立了风电并网系统模型，在有/无电网故障情况下，分别进行仿真。本文从低电压穿越技术中选取一项较为成熟的技术——Crowbar电路，对其进行分类，选取了主动式电路中的整流桥式，并分析该电路的控制策略。在搭建的风电并网模型中应用，验证该电路能减小电磁场中的直流分量，使在故障期间减弱对电机的冲击。因Crowbar 电路中的电阻对系统影响较大，着重分析电阻值对发电机转子侧电流、电磁转矩和变换器直流侧电压的影响，发现电阻阻值的选取不能过大也能过小。此外，还分析Crowbar电路切除时间对系统的影响。 目录 1绪论 (2) 1.1我国的风能资源及利用状况 (2) 1.2 世界风电技术的发展及待解决问题 (3) 1.3本文的主要工作 (3) 2双馈风力发电机系统 (4) 2.1 双馈异步风力发电机概述 (4) 2.2 双馈异步发电机工作原理 (4) 2.3 交流励磁电源工作原理 (5) 2.4本节小结 (7) 3低电压穿越技术研究现状及标准 (7) 3.1低电压穿越技术概述 (7) 3.2低电压穿越技术的国内外研究现状 (8) 3.3低电压穿越技术的不同国家标准 (8) 3.4 基于MATLAB的双馈感应风力发电机低电压穿越仿真 (10) 3.4.1 基于MATLAB的双馈感应发电机（DFIG）模型 (10) 3.4.2 电网故障对风力发电系统的影响分析 (13) 3.5本节小结 (17) 4Crowbar电路在双馈感应风力发电机中的应用 (17) 4.1 Crowbar电路保护原理 (17) 4.2 Crowbar电路分类 (18) 4.2.1被动式电路 (18) 4.2.2主动式电路 (19) 4.3 Crowbar电路在风电并网中应用的仿真分析 (20) 4.4 电阻阻值对故障下发电系统参数的影响 (21) 4.4.1阻值对转子电流的影响 (21) 4.4.2阻值对电磁转矩的影响 (23) 4.4.3 阻值对直流侧母线电压的影响 (25)
低电压穿越和电力系统稳定性 风力发电能够顺利地并入一个国家或地区的电网，主要取决于电力系统对供电波动反映的能力。风电机组由于风的随机性，运行时对无功只能就地平衡等原因将对电网造成一定的影响。在过去，我国风力发电所占电力系统供电的比例不大，大型电网具有足够的备用容量和调节能力，风电接入，一般不必考虑频率稳定性问题，当电力系统某处发生电压暂降时风力发电机可以瞬间脱网进行自我保护。但对于先如今，我国风力资源的不断开发。风力发电所占我国电网供电的比例与日俱增就不得不考虑电网电压暂降时风力发电机组脱网给电力系统所带来严重的影响系统的稳定运行这时就需要风电机组具有低电压穿越能力，保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行。 电压暂降：供电电压有效值供电电压有效值突然将至额定电压的10%~90%。然后又恢复至正常电压，这一过程的持续时间为10ms~60s。 低电压穿越，指在风力发电机并网点电压跌落的时候，风机能够保持电压跌落会给电机带来一系列暂态过程, 如出现过电压、过电流或转速上升等, 严重危害风机本身及其控制系统的安全运行。一般情况下若电网出现故障风机就实施被动式自我保护而立即解列, 并不考虑故障的持续时间和严重程度, 这样能最大限度保障风机的安全, 在风力发电的电网穿透率(即风力发电占电网的比重) 较低时是可以接受的。然而, 当风电在电网中占有较大比重时, 若风机在电压跌落时仍采取被动保护式解列, 则会增加整个系统的恢复难度, 甚至可能加剧故障, 最终导致系统其它机组全部解列, 因此必须采取有效的措施, 以维护风场电网的稳定。 电网发生故障(尤其是不对称故障) 的过渡过程中, 电机电磁转矩会出现较大的波动, 对风机齿轮箱等机械部件构成冲击, 影响风机的运行和寿命。定子电压跌落时, 电机输出功率降低, 若对捕获功率不控制, 必然导致电机转速上升[5～7]。在风速较高即机械动力转矩较大的情况下, 即使故障切除, 双馈电机的电磁转矩有所增加, 也难较快抑制电机转速的上升, 使双馈电机的转速进一步升高,吸收的无功功率进一步增大, 使得定子端电压下降, 进一步阻碍了电网电压的恢复, 严重时可能导致电网电压无法恢复, 致使系统崩溃[9, 10] , 这种情况与电机惯性、额定值以及故障持续时间有关。
双馈风力发电机并网运行控制及仿真 结合双馈异步风力发电机的运行特点，将矢量控制技术应用到双馈异步风力发电机并网控制中。构建了风力发电机空载并网与最大追踪控制策略，设计了基于LabVIEW、PXI8840及Compact RIO9035的硬件在环仿真系统。通过PXI能够观测到并网前、后定、转子电流、电压、功率等变化情况，为新型风力发电并网控制策略的研究提供了一个公共平台。 标签：双馈；矢量控制；最大风能追踪；LabVIEW；PXI Abstract：According to the operational characteristics of doubly-fed asynchronous wind turbine，vector control technology is applied to grid-connected control of doubly-fed asynchronous wind turbine. The no-load grid-connected and maximum tracking control strategy of wind turbine is constructed，and the hardware in loop simulation system based on LabVIEW，PXI8840 and Compact RIO9035 is designed. The changes of current，voltage，power and so on before and after the grid connection can be observed by PXI，which provides a common platform for the research on the grid-connected control strategy of new wind power. Keywords：doubly-fed；vector control；maximum wind energy tracking；LabVIEW；PXI 1 概述 風能作为一种可再生能源，具有高效，清洁等特点。风力发电技术在世界范围内也得到迅速发展[1，2]。 双馈异步风力发电机（Doubly-Fed Induction Generator，DFIG）机组，通过控制发电机励磁，实现在发电机转速可调情况下的并网运行。采用矢量控制技术调节励磁，可以有效的调节发电机输出功率，在实现最大风能利用效率的同时，还可以调节电网的功率因数，提高电网的稳定性等[3-6]。 本文分析了DFIG机组运行特性，将定子磁链定向的矢量控制技术运用到机组控制策略中，制定控制策略。建立了基于LabVIEW的仿真系统，验证采用矢量控制技术对DFIG并网控制和最大风能追踪控制的精准性。 2 发电机的运行控制 2.1 发电机空载数学模型 为了准确调节DFIG并网前、后的端电压，本文采用磁场定向的矢量控制。为此，首先建立发电机内磁场定向旋转d-q坐标系的数学模型。
变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术研究 摘要：双馈电机变速恒频（VSCF）风力发电系统，是通过调节转子绕组励磁电流的频率、幅值、相位和相序来实现变速恒频控制的。该文在分析双馈电机运行原理和励磁控制方法的基础上，设计和构建了基于80C196MC单片机的VSCF 双馈风力发电机的励磁控制试验系统。对变速恒频控制、恒压控制、并网控制以及亚同步速、同步速和超同步速三种不同运行状态之间的动态转换控制技术，进行了试验研究，为兆瓦级变速恒频双馈风力发电机励磁控制系统的设计奠定了基础。 关键词：风力发电机；变速恒频；双馈；励磁控制 1 引言 风力发电以其无污染和可再生性，日益受到世界各国的广泛重视，近年来得 到迅速发展。采用双馈电机的变速恒频风力发电系统与传统的恒速恒频风力发电 系统相比具有显著的优势，如风能利用系数高，能吸收由风速突变所产生的能量 波动以避免主轴及传动机构承受过大的扭矩和应力，以及可以改善系统的功率因 数等。 变速恒频双馈风力发电系统的核心技术是基于电力电子和计算机控制的交 流励磁控制技术。尽管可采用理论分析和计算机仿真对变速恒频风力发电系统控 制技术进行研究，然而由于仿真模型及其参数的非真实性和控制算法的非实时 性，仿真研究往往难以代替模拟系统的试验研究。本文在分析双馈电机运行原理 和励磁控制方法的基础上，设计和构建了基于80C196MC单片机的VSCF双馈风力 发电机的励磁控制试验系统，并对其控制技术进行了系统的试验研究。 2 VSCF风力发电机的工作原理 2.1 双馈电机的VSCF控制原理 VSCF风力发电系统主要由风力机、增速箱、双馈发电机、双向变流器和控制 器组成，其原理框图如图1。双馈发电机的定子绕组接电网，转子绕组由具有可 调节频率的三相电源激励，一般采用交-交变流器或交-直-交变流器供电。双馈 发电机可在不同的转速下运行，其转速随风速的变化可作适当的调整，使风力机 的运行始终处于最佳状态，以提高风能的利用率。当电机的负载和转速变化时，通
双馈式风力发电机结构原理及功率分析 摘要：文章详细介绍了双馈式风力发电机组的机构组成、工作原理，分析了风力发电系统中双馈式风力发电机的工作特性，详尽分析了含双馈式风力发电机的系统中功率的流向以及流动过程。 关键字：双馈式风力发电机、原理、功率 the structure and principle and power analysis of doubly —fed induction generator bai wenjun （china three gorges university ， college of electrical engineering & renewable energy ， yichang 443002 ， china）absrtact： this paper describe the structure and principle of the doubly—fed induction generator in detail ， and then analysis the operating characteristics of the doubly—fed induction generator in the wind power generation system， at the last ， analysis the flow and liquidity of the power system which contain the doubly—fed induction generator. keywords： doubly—fed induction generator， structure，power 0 引言 随着人们对可再生能源的重视和科学技术的进步，风电正受到越来越多的关注，其在整个电力系统中所占的比重也日益增加。众所周知，风电的产生正是通过风力推动桨叶转动，同时带动发电机的
Introduction “变浆距风力机+双馈发电机”作为新型风力发电机组，是目前研究的热点，国内对双馈发电机的研究主要集中在单机建模、空载并网、柔性并网、并网后有功功率和无功功率的解耦控制、低电压穿越运行。风电场协调控制等方面。 双馈异步发电机其结构与绕线式异步电机类似，定子绕组接电网(或通过变压器接电网)，交流励磁电源给转子绕组提供频率、相位、幅值都可调节的励磁电流，从而实现恒频输出。交流励磁电源只需供给转差功率，大大减少了容量的需求。由于发电机的定、转子均接交流电（双向馈电），双馈发电机由此得名，其本质上是具有同步发电机特性的交流励磁异步发电机，双馈风力发电系统中转子侧交直交变流单元功率仅需要25％一40％的风力机额定功率，大大降低了功率变流单元的造价；双馈异步风力发电机体积小，运输安装方便，发电机成本较低。但双馈发电机由于使用定转子两套绕组，增加了发电机的维护工作量，还降低了发电机的运行可靠性。转子绕组承受较高的dv ／dt ，转子绝缘要求较高。对于有刷电机，当电网电压突然降低时，电流迅速升高，扭矩迅速增大，需经常更换发电机碳刷、滑环等易损耗部件。 1 变速恒频风力发电机组系统结构 1.1 风轮 风轮是吸收风能并将其转化成机械能的部件。风以一定速度和攻角作用在桨叶上，使桨叶产生旋转力矩而转动，将风能转变成机械能。自然界的风速不是恒定的，风力机获得的机械能是随风速的变化而不断变化。 由风力机的空气动力学特性可知，风力机输出机械功率的为P wt ,产生的气动转矩为T wt [1]。 231(,)2 wt p p C R v λβρπ= 230.5()wt wt T l p T v R C πρλ==Ω 其中，ρ为空气密度（kg/m 3），一般为1.25 kg/m 3；R 为风力机叶片的半径（m ）；v 为风速（m/s ）；l Ω为叶片旋转速度；C p 为风力机的功率系数，也称风能利用系数，是评价风力机效率的重要参数，C T 为风力机的转矩系数，由贝兹理论可知，一般C p =1/3 2/5，其理论极限值为0.593。它与风速、叶片转速、叶片直径、浆叶节距角均有关系，是叶尖速比λ和浆距角β的函数。 p T C C λ=
主讲人：aser 关键词：双馈异步风力发电机 协助讨论： Edwin_Sun lidb856 pat baizengchen g zslzsl xfq7111 wayne 会议摘要： 1. 引言： 风力发电机组主要包括变频器，控制器，齿轮箱（视机型而定），发电机，主轴承，叶片等等部件，在这些部件中发电机目前国产化程度最高，它的价格约占机组的10%左右。发电机主要包括2种机型：永磁同步发电机和异步发电机。永磁同步发电机低速运行时，不需要庞大的齿轮箱，但是机组体积和重量都很大，1.5MW的永磁直驱发电机机舱
会达到5米，整个重量达80吨。同时，永磁直驱发电机的单价较贵，技术复杂，制造困难，但是这种机型的优点是少了个齿轮箱，也就少了个故障点。异步发电机是由风机拖动齿轮箱，再带动异步发电机运行，因为叶片速度很低，齿轮箱可以变速100倍，以让风机在1500RPM下运行，目前流行的是双馈异步发电机，主要有1.25MW，1.5MW，2MW三种机型，异步发电机的机组单价低，1KW大概需6000元左右，而且技 术成熟，国产化高。 2.双馈异步发电机的原理： 所谓双馈，可以理解为定子、转子同时可以发出电能，发电机原理理论上说只要有动力带动电动机，在电动机的定子侧就能直接发出电能。现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转矩（即风轮转动惯量），通过主轴传动链，经过齿轮箱增速
到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。双馈发电机正是由叶片通过齿轮箱变速，带动电机高速旋转，同时转子接变频器，通过变频器PWM控制以达到定子侧输出相对完美正弦波，同时在额定转速下，转子侧也能同时发出电流，以达到最大利用风能效果。通俗的讲，就是要变频器控制转子电流，反馈到定子上面，保证定子发出相对完美的正弦无谐波电能，同时在额定转速下，转子也 能发出功率出来。有个大致感觉是 1.5MW发电机的定子发电量大概1200KW，转子大约300KW，转子侧发出的功率要在30%以下，总之越少越好这样可以让变频器功率小点。 3. 双馈异步发电机的设计难点： 结构设计难点：因机舱封闭体积，
双馈式\直驱式风力发电机的对比 【摘要】双馈式风力发电机与直驱式风力发电机是两种各有优势的机型，二者属于相互竞争的关系，同时它们也是相互促进的，这就是常说的有竞争就有进步，最终形成优势互补。本文对这两种机型分别进行了描述、比较，为这两种大型风力发电机的应用奠定一定的理论基础。 【关键词】齿轮箱；永磁电机；变速箱 前言 本文通过对直驱式和双馈式两种不同的风力发电机进行描述，并从二者的主要结构特性对其各自不同的优缺点进行分析阐述，以增进人们的了解，使其得到更好的应用充分发挥其自身机能和作用。 1、双馈式异步发电机 双馈式异步发电机实际是异步感应电机的一种变异，这种发电机始于上世纪80年代，日本日立公司、东芝公司和前苏联在这种发电机的研制和开发中都作出了显著的贡献。目前美国GE能源、EMD；德国VEM Sachsenwerk GmbH，LDW；瑞士ABB等公司的很多风力发电机产品，采用变速双馈风力发电的技术方案。目前，市场占有率最高的双馈变速恒频风力发电机组，其风轮桨距角可以调节，同时发电机可以变速，并输出恒频恒压电能，效率较高。在低于额定风速时，它通过改变转速和桨距角使机组在最佳尖速比下运行，输出最大的功率，而在高风速时通过改变桨距角使机组功率输出稳定在额定功率。这种形式的性价比和效率均较高，逆变器功率较小。调速范围达到30%额定转速，变流的容量只有系统容量的30%左右，变速恒频驱动和MPPT控制，有功、无功功率可独立进行控制。双馈异步发电机在结构上与绕线式异步电机相似，定子、转子均为三相对称绕组，转子绕组电流由滑环导入，定子接入电网，电网通过四象限AC-DC-AC 变频器向发电机的转子供电，提供交流励磁。但存在滑环和变速箱的问题，对电网的冲击较大。 由于风能的不稳定性和捕获最大风能的要求，发电机转速是在不断的变化，而且经常在同步转速上、下波动，为了实现风力机组的最大能量的追踪和捕获，满足电网对输入电力的要求，风力发电机必须变速恒频运行。在变速恒频风力发电机中，跨越同步速是变速恒频双馈风力发电机励磁控制关键技术之一。这要求转子交流励磁电源不仅要有良好的变频输入、输出特性，而且要有能量双向流动的能力。现有的技术是采用IGBT器件(绝缘栅双极晶体管)构成的PWM(脉宽调制)整流—PWM逆变型式的AC-DC-AC变频器作为其励磁电源，向发电机的转子绕组提供励磁电流，对定子实现定向矢量控制。控制电流由滑环导入，实现亚同步、同步和超同步运行方式之间的转换，采用这种技术的双馈式异步发电机其
几种双馈式变速恒频风电机组 低电压穿越技术对比分析 2008/7/23/11:24 来源：《变频器世界》作者：臧晓笛 1 引言 并网风力发电是近十年来国际上发展速度最快的可再生能源技术。并网风力发电机与传统的并网发电设备最大的区别在于，其在电网故障期间并不能维持电网的电压和频率，这对电力系统的稳定性非常不利。电网故障是电网的一种非正常运行形式，主要有输电线路短路或断路，如三相对地，单相对地以及线间短路或断路等，它们会引起电网电压幅值的剧烈变化。 双馈式变速恒频风电机组是目前国内外风电机组的主流机型，其发电设备为双馈感应发电机，当出现电网故障时，现有的保护原则是将双馈感应发电机立即从电网中脱网以确保机组的安全。随着风电机组单机容量的不断增大和风电场规模的不断扩大，风电机组与电网间的相互影响已日趋严重。人们越来越担心，一旦电网发生故障迫使大面积风电机组因自身保护而脱网的话，将严重影响电力系统的运行稳定性。因此，随着接入电网的双馈感应发电机容量的不断增加，电网对其要求越来越高，通常情况下要求发电机组在电网故障出现电压跌落的情况下不脱网运行（faultride-through），并在故障切除后能尽快帮助电力系统恢复稳定运行，也就是说，要求风电机组具有一定低电压穿越(lowvoltageride-through)能力。为此，国际上已有一些新的电网运行规则被提出。例如：德国北部的电力公司(e.onnetz公司)要求风电场能够在
图1所示的电压范围内(即图中阴影区)不脱网运行[1][33]，电网电压跌落到15%以后风电机组不脱网运行时间须持续达300ms，当电网电压跌落低于曲线后才允许风电机组脱网。这里电压指的是风电场连接点的电压。而为英国部分地区供电的nationalgrid电力公司则要求当高于200kv的输电线路发生故障时，所有并网运行的电站或风电场必须在140ms内保持不脱网运行[2]。另外苏格兰电力公司(scottishhydro-electric公司)对电网故障时电站或风电场不脱网运行也有类似的要求[3]。 图1e.onnetz公司对电网故障时风电场不脱网运行的电压范围要求[33]为了提高风电机组的低电压穿越能力，必须针对当前主流风电机组中的双馈感应发电机的运行特点进行研究，研究它们在电网故障与故障恢复过程中的暂态行为，消除或减轻在不离网控制情况下可能引起的机组损害。许多文献[4-7]报道了在电网电压跌落情况下，风电机组中的双馈感应发电机会导致转子侧过流，同时转子侧电流的迅速增加会导致转子励磁变流器直流侧电压升高，发电机励磁变流器的电流以及有功和无功都会产生振荡。这是因为双馈感应发电机在电网电压瞬间跌落的情况下，定子磁链不能跟随定子端电压突变，从而会产生直流分量，由于积分量的减小，定子磁链几乎不发生变化，而转子继续旋转，会产生较大的滑差，这样便会引起转子绕组的过压、过流。如果电网出现的是不对称故障的话，会使转子过压与过流的现象更加严重，因为在定子电压中含有负序分量，而负序分量可以产生很高的滑差。过流会损坏转子励磁变流器，而过压会使发电机的转子绕组绝缘击穿。为了保护发电机励磁变流器，采用过压、过流保护措施势在必行。