双馈感应异步风电机组的撬杠保护(Crowbar)

内置Crowbar电路的双馈风电机组短路特性研究双馈风电机组是一个两级变速风力发电系统，具有双馈变流器、电网耦合变流器、风机转矩控制和启动系统等。

其中，内置Crowbar电路是一种非常重要的保护机制，在风电机组中保护转子和发电模块，当转子电压过高或短路时，它会很快的把电路短路，以保证风电机组的安全运行。

本次研究旨在分析内置Crowbar电路对双馈风电机组短路特性的影响。

首先，在分析内置Crowbar电路的工作原理之前，需要了解双馈风电机组的构成和运行原理。

双馈风电机组包括发电机、转子、齿轮箱、葉片和控制系统等。

发电机由定子和转子组成，定子固定在机座上，转子则安装在主轴上。

齿轮箱连接葉片和发电机，将风能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能，最后送入电网进行供电。

双馈风电机组的电路分为两个部分：直流电路和交流电路。

直流电路包括测量电流、电压、速度信号的测量器、滤波器、双馈转换器、电容器等。

交流电路则由变流器、电容器等组成。

双馈转换器包括一个定子和一个转子的变压器、两个桥式整流器和两个桥式逆变器，用于控制转子电流的相位和大小，同时保持电力系统的平衡。

控制系统负责风能转换和发电机的速度控制。

当双馈风机叶片运行时，旋转的叶片会推动齿轮箱，而齿轮箱则转动转子，进而产生电能并输入电网。

同时，转子上的变频器也会根据叶片的运动情况控制电能的输出，以实现风电机组的效率最大化和输出控制。

在双馈风电机组中，内置Crowbar电路是一个重要的保护机制。

它是一种电压保护电路，当转子电压过高或短路时，将在短时间内将电压短路，以防止其在高电压下运行并保护发电模块。

内置Crowbar电路主要分为两个部分：测量部分和保护反应部分。

测量部分主要用于测量转子电压和转子电流，采用了变压器的原理，通过电压和电流的变化实现电路的开闭。

保护反应部分则是在测量到转子电压或电流异常时，通过短路的方式保护发电模块。

当测量到电压或电流异常时，保护反应部分会立即发送一段持续时间非常短的负载电流，瞬间把电路短路，以防止转子运行在过高或短路的电压下，同时停止电流的产生，减小人员和设备的安全风险。

Crowbar在双馈风力发电机组低电压穿越中的应用摘要：根据国家电网的风电场接入技术的规定，风电场应具备外部电压故障下不间断运行能力，即电网故障时风电机组应能保持与电网连接并向系统不间断供电。

为保护转子励磁电源和发电机组，常采用Crowbar保护电路来限制电压跌落时转子回路的最大电流。

本文研究了电网电压跌落时，双馈发电机组的运行行为，通过实验验证了Crowbar保护电路的有效性。

关键词：风力发电机组；Crowbar；低电压穿越；1 引言近年来，风力发电在各国发展迅速。

随着风电在电网比例的增加，并网发电系统稳定运行越来越受到国家的重视。

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，导致风力发电机组脱网。

如果大量的风电机组因电网跌落故障同时脱网，就会造成电网的不稳定，甚至崩溃。

为了维护电网的安全稳定，世界各国电网运营商都推出了各自风电并网低电压穿越（LVRT）导则。

在我国，风电机组有无低电压穿越能力已成为风机的准入门槛。

对于目前尚不具备低电压穿越能力且已投运的风电场，需要进行机组改造工作，以具备低电压穿越能力。

因此，在电网故障情况下的风电机组低电压穿越能力现在已成为研究的热点。

目前，双馈型风力发电机（DFIG）占据着风力发电装机容量的主导地位，国内外对DFIG的低电压穿越能力研究较多。

针对电压跌落瞬间的过电流和过电压，虽然可以通过控制算法从软件上来抑制，但是其控制效果依靠变流器容量及电机参数等因素，且控制效果有限。

2 风电机组低电压穿越能力要求当电网发生故障时，风电场需维持一段时间与电网连接不脱网，甚至要求风电场在这一过程中能过提供无功以支持电网电压的恢复，即低电压穿越。

由中国电科院为主要起草单位编写的国家标准GB/T 19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》已于2011年正式发布，其内容对风电场低电压穿越能力进行了明确规定：a）风电场内并网电压跌至20%标称电压时，风电场内的风电机组应保证不脱网连续运行625ms。

双馈电机的Crowbar参数整定及保护特性研究双馈电机又称异步双馈发电机（DFIG），是一种带有特殊电路结构的异步电机，其与传统异步电机的主要区别在于转子回路与电网回路采用双馈结构。

由于双馈结构的优异性能和灵活控制方法，双馈电机已经被广泛应用于风力发电、水力发电等领域。

然而，在双馈电机的使用过程中，由于其特殊的电路结构，容易受到电网故障等原因的影响，导致电机损坏、系统不稳定等问题。

为了保证双馈电机的运行稳定，需要进行Crowbar参数整定及保护特性研究。

首先，我们来了解一下什么是Crowbar。

Crowbar是一种保护装置，可用于保护电气设备如双馈电机、变压器等。

当电气设备电路中的电压出现异常，Crowbar会立即触发，将电流抽离，从而保护设备不受损坏。

由于双馈电机具有特殊的电路结构，故电气设备中虚拟电流是很容易被引发的。

因此，为保护双馈电机，需要进行Crowbar参数整定及保护特性研究。

Crowbar参数的整定是指根据双馈电机的特性进行设计的Crowbar电路中主要参数的确定，包括Crowbar触发电压、抽流电阻等。

保护特性的研究则是指研究在电气系统中发生故障或故障前的警告信号如何被检测到，并如何在保护装置被触发前进行判定和处理，以及如何避免不必要的断电和缩短恢复时间等方面的内容。

在进行Crowbar参数整定及保护特性研究时，首先要考虑的是双馈电机的故障模式。

其中一种主要的故障模式是电力系统短路故障。

当电力系统发生短路故障时，双馈电机的定子电流会急剧上升，这会导致电机损坏或系统不稳定。

Crowbar的任务就是在定子电流上升到一定阈值时（约为120%额定电流时）立即触发，将电流抽离，从而保护电机不受损坏。

Crowbar电路的设计需要考虑到多个因素，并根据实际应用进行优化。

例如，设计Crowbar触发电压过低可能导致频繁的触发，从而缩短设备寿命；而设计Crowbar触发电压过高则可能无法及时保护双馈电机，导致设备损坏。

本帖最后由 jinbinchi 于 2009-9-1 12:20 编辑低电压穿越的本质问题是怎么卸载掉电网故障时候风机仍然捕获的过剩的能量。

从原理上讲，电网故障时候，风机侧的CCP电压会根据短路故障发生不同程度的降低，引起定子侧过电流，进而耦合出转子侧的过电流。

采用保护电路(crowbar)必不可少，crowbar转子侧保护电路在故障时候的作用主要有两个，一是限制故障时候转子侧的过电流，二是限制故障时候直流侧的过电压，通常采用不可控三相二极管整流桥串接全控IGBT+限流电阻来实现，这时候阻值选取尤为关键，如果过低，起不到限流的作用，而如果. 作者: 金刚狼UPC 收录日期: 2010-04-30 发布日期:2010-04-19一、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。

双馈感应异步风电机组的撬杠保护（Crowbar）双馈感应风力发电机的定子绕组与电网直接相连，因而只能通过对转子侧变流器的控制实现对发电机的部分控制。

当因电网短路故障或雷击造成风电机组接入点发生电压跌落时，将引起转子电流增大，严重时将引起转子侧变流器过流或变流器直流侧电容过压。

由于四象限变流器中的电力电子器件的耐压和过流能力相对较小，为防止过压或过流对转子侧变流器所造成的危害，通常在转子侧安装撬杠（Crowbar）保护电路对变流器进行保护[1]。

Crowbar的基本原理为：当检测到转子绕组电流超过所整定阈值时，Crowbar保护动作，将短接双馈感应发电机的转子绕组，切除转子侧变流器，达到保护转子变流器的目的。

此时双馈感应发电机将从双馈调速运行状态过渡到笼形异步电机不可控运行状态[1]。

Crowbar保护电路可以分为被动式保护电路和主动式保护电路[1]。

1.被动式Crowbar保护电路对图4-17a所示的被动式Crowbar保护电路采用两个晶闸管反并联形成晶闸管对的形式，当电网发生故障引起转子电路过电流或过电压时，通过触发晶闸管使其导通，使双馈电机转子构成封闭的回路，此时转子侧变流器停止工作，起到保护变流器的作用。

同样，晶闸管Crowbar保护电路也可以通过二极管整流桥与直流短路晶闸管共同构成，如图4-17b所示。

通过晶闸管的触发使其导通，同样可以获得等效短路双馈电机转子电路，以起到对双馈电机转子侧变流器进行保护的功能。

有时也在晶闸管Crowbar保护短路回路中串入电阻以加速双馈电机转子电流的衰减，缩短过渡过程所需的时间。

对于图4-17b所示的晶闸管被动式Crowbar保护电路，由于双馈电机多运行于同步转速附近，转子侧频率通常较低，一旦Crowbar保护动作则难以关断，因此这种基于晶闸管的被动式Crowbar保护电路，通常需要双馈电机的定子从电网脱开且等双馈电机转子电流衰减殆尽后，晶闸管恢复到其阻断状态，待条件允许的情况下双馈电机重新执行并网操作。

Crowbar在双馈风力发电机组低电压穿越中的应用摘要：风力发电已成为许多国家可持续发展战略的重要组成部分。

本文讨论了风力发电机低压交叉的标准和要求，分析了Crowbar保护电路的原理，增加了Crowbar保护电路，并调整了风力发电机的控制策略以避免大浪。

通过现场试验研究了具有Crowbar保护电路的双馈发电机组的运行特性。

实验结果符合国家标准，验证了Crowbar保护电路的有效性。

关键词：Crowbar；双馈风力；低电压穿越1 引言随着能源和环境问题的日益严重，人类社会的可持续发展受到严重威胁。

世界已经开始寻求和探索可再生能源和新能源的开发和利用。

可再生能源包括水能、生物质能、风能、太阳能、地热能和海洋能资源潜力，环境污染少，可持续利用，有利于人与自然能源的和谐发展。

从可再生能源资源和发展水平来看，除水电，生物质能，风能和太阳能外，可再生能源发展迅速。

随着经济的发展和社会的进步，世界将更加重视环境保护和全球气候变化，通过制定新能源发展战略，法律和政策，进一步加快可再生能源的发展。

风能是一种清洁可持续的能源，与传统能源相比，风能独立于外部能源，没有燃料价格风险，发电成本和稳定性，无碳排放和其他环境成本；此外，全球风力发电的使用非常普遍。

正是由于这些独特的优势，风力发电已成为许多国家可持续发展战略的重要组成部分，并得到了迅速发展。

2 Crowbar电路2.1 Crowbar电路原理转子短路保护技术（Crowbar circuit），通过电源开关基本上连接到转子侧旁路电阻电路，在故障短路转子期间将该方法放入旁路电路侧转换器，通过增加转子绕组电流流路，确保转换器避免过流的影响。

减少过电流对转子侧转换器的影响。

当电网电压严重下降时，电路投入运行。

Crowbar电路原理是当外部系统发生短路故障时，DFIG定子电流增加，定子电压和磁通量突然下降，转子侧感应电流增大。

转子侧转换器直接与转子电路串联连接。

为了保护转换器免受损耗，在转子侧安装转子短路Crowbar电路，以实时监控转子绕组电流和直流侧母线电压。

基于STATCOM和Crowbar的双馈风电场低电压穿越控制李文娟;包汉;邵学信【摘要】针对保障双馈风电机组在因电网故障引起的电压跌落时不离网运行的问题, 通过分析双馈感应发电机的结构与电网电压跌落时双馈风电机组的暂态数学模型, 提出了应用静止同步补偿器 (Static-Synchronous-Compensator, STATCOM) 与撬棒 (Crowbar) 保护电路结合的方案来改善双馈风电机组低压穿越能力.在Matlab/Simulink平台搭建了双馈感应发电机的低压穿越仿真模型, 结果表明:STATCOM可以在电网故障时发出无功功率维持电网电压稳定;Crowbar保护电路可以在电网故障时抑制转子侧过电流.应用STATCOM与Crowbar保护电路可以在电网电压跌落时, 提高双馈风电场的低压穿越能力.%In order to keep the doubly fed induction generator (DFIG) from running off the grid due to the voltage drop caused by power grid failure, a scheme is proposed to improve the low voltage riding through ability of doubly-fed wind turbines by combining static-synchronous-compensator (STATCOM) with Crowbar protection circuit. The structure of doubly-fed induction generator and the transient mathematical model of doubly-fed wind turbines is analyzed in detail. Simulating results show that STATCOM can provide reactive power to maintain the grid voltage stability in the event of a power grid failure; the Crowbar protection circuit can suppress the rotor side during grid faults. The use of STATCOM and Crowbar protection circuits can improve the low-voltage riding through capability of a doubly-fed wind farm when the grid voltage drops.【期刊名称】《黑龙江大学自然科学学报》【年(卷),期】2019(036)002【总页数】7页(P240-246)【关键词】双馈风电场;低压穿越;STATCOM;Crowbar;风力发电【作者】李文娟;包汉;邵学信【作者单位】哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,哈尔滨 150080;哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,哈尔滨 150080;哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,哈尔滨 150080【正文语种】中文【中图分类】TM6140 引言风力发电是目前可再生能源开发利用中技术最成熟、最具规模开发和商业化发展前景的发电方式之一，越来越受到各国的重视，并得到了广泛的开发和利用［1－2］。

风电Crowbar装置整流二极管失效机理分析陈明黄敏（中车株洲电力机车研究所有限公司，湖南株洲 412000）摘要鉴于风电Crowbar装置整流二极管长期处于逆变器的开关脉冲整流、高−d i/d t和导通时间短的工作状态下，存在反向恢复工况恶劣、软因子小、振荡阶跃严重的情况，本文根据PIN二极管反向恢复机理，对出现的失效案例进行原因分析，并提出改进措施，为产品可靠运行提供了保障。

关键词：Crowbar；整流二极管；反向恢复；失效机理Failure analysis of Crowbar rectifier diode for wind power systemChen Ming Huang Min(CRRC Zhuzhou Institute Co., Ltd, Zhuzhou, Hu’nan 412000)Abstract In view of the fact that the rectifier diode of Crowbar wind power device is in the long-term operation of the inverter's switching pulse rectifier, high −d i/d t and short turn-on time, the reverse recovery condition is poor, the soft factor is small, and the snappy is serious. According to the reverse recovery mechanism of PIN diode, the cause analysis of the failure cases occurred, and the improvement measures are proposed to provide a guarantee for the reliable operation of the product.Keywords：Crowbar; rectifier diode; reverse recovery; failure mechanism风能、太阳能等可再生能源越来越受到世界各国政府的重视，风力发电作为目前最具规模化开发和可能率先实现平价上网的新能源，在我国近十年的年增长率近39%，成为发展最快的清洁能源。

crowbar工作原理简介：crowbar是一种电子设备保护电路，用于保护电路免受过压的伤害。

它通过将过压瞬间转化为电流来保护电路中的其他元件。

本文将详细介绍crowbar的工作原理及其在电路保护中的应用。

一、工作原理：crowbar电路主要由一个可控硅（SCR）和一个电阻组成。

当电路中的电压超过设定的阈值时，SCR被触发，将电路短路，从而保护其他电子元件。

具体的工作原理如下：1. 初始状态：在正常情况下，电路中的电压低于设定的阈值，SCR处于非触发状态。

电流从电源经过电阻流向负载。

2. 过压保护：当电路中的电压超过设定的阈值时，SCR将开始导通。

此时，电流流向SCR，形成一个短路路径，将过压瞬间转化为电流。

这样可以防止过压伤害电路中的其他元件。

3. 保护持续时间：一旦SCR被触发，它将保持导通状态，直到电路中的电流降低到一个较低的水平，或者直到电源电压断开。

在此期间，电路中的电压将被限制在设定的阈值以下，保护其他电子元件。

4. 自恢复：一旦过压事件结束，电源电压降低到正常水平，SCR将恢复到非触发状态。

电路将恢复正常工作，不会对其他元件造成伤害。

二、应用领域：crowbar电路在各种电子设备中广泛应用于保护电路免受过压伤害。

以下是一些常见的应用领域：1. 电源保护：crowbar电路可用于保护电源电路中的其他电子元件，例如电容器、稳压器等。

在电源电压超过设定阈值时，crowbar电路将保护这些元件免受过压的伤害。

2. 通信设备：crowbar电路可用于保护通信设备中的电路，例如调制解调器、路由器等。

当电压超过设定阈值时，crowbar电路将保护这些设备免受过压的伤害。

3. 工业控制系统：crowbar电路在工业控制系统中也得到广泛应用。

它可以保护PLC（可编程逻辑控制器）、传感器和执行器等关键元件免受过压的伤害。

4. 电动车辆：crowbar电路在电动车辆的电力系统中起着重要作用。

它可以保护电动车辆中的电池、机电和控制电路等元件免受过压的伤害。

考虑三重因素的双馈风电机组撬棒电路保护控制策略分析郭志;陈冠彪;詹仲强;赵明;林松【摘要】撬棒(Crowbar)电路作为提高双馈风电机组低电压穿越能力的主要措施之一,其控制策略的选取对风电机组动态特性影响较大.针对电网故障持续时间、机端电压跌落深度以及故障时刻风机运行状态三重因素,在Matlab/Simulink平台上搭建含Crowbar电路的双馈风电机组模型,通过对转子侧电流分析,验证了这三重因素对转子侧电流的影响.仿真结果表明,在电网故障持续时间较长、电压跌落较深、风机运行点较高时应采用Crowbar阈值投入故障清除后延时退出的控制策略,相反则应选择Crowbar阈值投入延时退出的控制策略,并给出Crowbar动作区域曲线和Crowbar控制策略选择区域曲线,明确两种控制策略的适用范围,初步得到了Crowbar保护控制策略.【期刊名称】《山东电力技术》【年(卷),期】2018(045)005【总页数】5页(P24-27,53)【关键词】双馈发电机组;撬棒;低电压穿越;控制策略【作者】郭志;陈冠彪;詹仲强;赵明;林松【作者单位】国网淮南供电公司,安徽淮南 232000;国网淮南供电公司,安徽淮南232000;国网新疆电力有限公司电力科学研究院,新疆乌鲁木齐 830011;国网淮南供电公司,安徽淮南 232000;国网淮南供电公司,安徽淮南 232000【正文语种】中文【中图分类】TM6140 引言随着风力发电技术的发展，并网风电场规模、风电装机容量逐渐增加，风电将成为电力系统的重要组成部分。

然而，在电网故障时风电机组动态特性会对电网产生较大影响，因此研究如何提高风电机组低电压穿越能力十分必要。

针对由DFIG组成风电场而言，在电网故障时一般采用在转子侧并入撬棒（Crowbar）电路来提高机组低电压穿越能力，然而Crowbar电路不同控制策略对机组低电压穿越影响较大。

目前，国内外学者针对Crowbar电路控制策略做了大量研究：文献［1］提出了Crowbar在故障发生时投入，在故障清除后1～2个周波内退出的控制策略；文献［2］指出机端电压跌落程度和故障持续时间不同时，Crowbar应在故障清除时刻前不同周波内退出；文献［3］采取磁链阻尼控制以减小磁链及电磁转矩暂态振荡幅值，但振荡时间过长；文献［4］提出了评价机组动态相应的指标函数，并给出了不同电压跌落时Crowbar的控制策略。

第41卷第2期电力系统保护与控制V ol.41 No.2 2013年1月16日Power System Protection and Control Jan.16, 2013采用Crowbar实现低电压穿越的风电场继电保护定值整定研究车 倩，陆于平（东南大学电气工程学院，江苏 南京 210096）摘要：在双馈风机(DFIG)中使用Crowbar电路是提高风机低电压穿越能力的一种常用措施，为协调Crowbar与风电场集电线路保护动作之间的关系，提出了集电线路电流保护新的整定方法与控制策略。

在Matlab/Simulink中建立了含有Crowbar电路的风电场并网模型，投入Crowbar能够有效提高风机抵御电网电压跌落的性能，但使得风电场集电线路故障电流峰值减小并迅速衰减。

对此针对电流速断保护提出采用功率方向元件判断故障区结合快速保护算法，并对整定值进行修正，后备保护采用自保持电路并增加电压判据的控制策略。

仿真结果表明，该策略能够满足风电场联络线故障的可靠切除及主网故障时低电压穿越运行的要求。

关键词：Crowbar；LVRT；风电场保护策略Research on wind farm relay protection value setting based onCrowbar circuit LVRT technologyCHE Qian, LU Yu-ping(School of Electrical Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China)Abstract: Crowbar is commonly used in doubly fed induction generator (DFIG) to raise low voltage ride through capability. To coordinate Crowbar and contact line protection in wind farm, a new setting method and control strategy are proposed. Crowbar simulation model is built up in MA TLAB/Simulink. Crowbar circuit can improve the LVRT capability of the wind farm, but the current of the protection devices on the contact line decreases rapidly. In order to make protection act correctly, a control strategy is proposed, which combines power flow directional element with fast protection algorithms, corrects setting value for the instantaneous over-current protection, adopts self-maintaining circuit for the back-up protection and adds voltage criteria. The simulation result shows this strategy can make the fault on connection line be cut reliably and raise LVRT capability when faults are on the grid.Key words: Crowbar; LVRT; wind farm protection strategy中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1674-3415(2013)02-0097-060 引言近年来，风力发电发展迅速，但是风能作为一种具有间隙特性、刚性特征的能源，其大量接入对于电力系统的安全稳定运行带来了极大挑战。