国电联合动力技术有限公司双馈式风电机组低电压穿越功能对变流器的技术要求版本：A编制：徐佳园审核：潘磊日期：2011年6月11日目录1.风电机组低电压穿越功能概述 (1)2.风力发电机组对变流器低电压穿越技术规定 (2)2.1基本要求 (2)2.2不同故障类型的考核要求 (3)2.3有功恢复 (3)2.4无功支撑 (3)3.风电机组低电压穿越功能中变流器功能的实现 (4)4.低电压穿越功能中变流器需完成的功能 (5)4.1电网低电压检测 (5)4.2低电压穿越过程及恢复过程中的有功功率控制 (8)4.3变流器其它需要具有的功能 (9)附件一低电压穿越测试点清单 (12)1.风电机组低电压穿越功能概述风电机组低电压穿越功能对风电机组各设备有特殊的要求。
这些设备包括风电机组主控系统、变流器、变桨系统、发电机、齿轮箱和联轴器。
本文主要是在风电机组低电压穿越过程中对变流器功能做出说明，以配合风电机组其它部件完成低电压穿越功能。
对于电气控制系统，需要在低电压穿越期间保持风电机组不脱网，并能够最大限度的发出无功功率，对电网实现支撑。
变流器应当能够承受低电压跌落时在转子上产生的大电流，同时能够泄放部分能量。
变流器要满足当前电网法规对风电机组低电压穿越功能的基本要求，当电网法规发生变更时，变流器应能够满足新的电网法规相关要求，必要时重新修订此低电压穿越技术要求。
2.风力发电机组对变流器低电压穿越技术规定2.1基本要求低电压穿越功能的基本要求请参照：中国国家电网公司企业标准（Q/GDW 392-2009）风电场接入电网技术规定（2009年12月22日），具体要求如下：图2.1风电场低电压穿越技术要求规定图2.1为对风电场的低电压穿越要求。
风电场并网点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间断并网运行；并网点电压在图中电压轮廓线以下时，场内风电机组允许从电网切除。
规定的风电场低电压穿越要求为：1）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的低电压穿越能力；2）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。
国家电网出台的风电场接入电网技术规定，是针对整个风电场所提的技术要求，具体检测点在整个风电场的并网点侧。
目前，针对单机的低电压穿越能力考核也是以此规定的技术要求为标准。
2.2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：1）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；风电场并网点任意一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。
2）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；风电场并网点任意一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。
3）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不脱网连续运行；风电场并网点任意一相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。
2.3有功恢复对故障期间没有切出电网的风电场，其有功功率在故障切除后快速恢复，以至少10%额定功率/秒的功率变化率恢复至故障前的值。
2.4无功支撑变流器低电压穿越功能要具备无功支撑选项，可以手动设定无功百分比。
这一项要求目前在国网技术规定中虽然没有作出规定，但根据目前风电发展情况以及世界上其它一些国家风电并网法规对低电压穿越技术无功支撑的要求，我公司是要求变流器具有该项功能的。
无功支撑功能有助于电网低电压的恢复，有助于风电机组的低电压穿越功能的实现。
3.风电机组低电压穿越功能中变流器功能的实现双馈型发电机组，当电网瞬间跌落时，产生很大的初始电流，定子侧如此，根据磁通守恒定律，转子侧电流也很大。
因为转子变流器输出电压和电流被限制，比较严重的电网故障时，变流器必须保护，变流器所需基本功能如下：1）变流器需要提供有源CROWBAR，当变流器检测到电网电压下降时，将根据直流母线的电压控制CROWBAR部件的动作，泄放转子上的能量来抑制转子电压的升高。
2）并网开关和网侧接触器继续保持并网，变流器要有无功支撑选项，可手动调节无功。
3）变流器要实现不对称跌落下的故障穿越。
4）变流器控制系统需配备相应的UPS,以保证在电压跌落时变流器的控制功能正常运行。
以上是变流器完成低电压穿越所需的基本功能，如果变流器厂家有不同于上述的低电压穿越技术时，请及时通知本公司相关人员。
4.低电压穿越功能中变流器需完成的功能4.1电网低电压检测风电机组电网低电压的检测主要依靠变流器自身的电压检测功能来实现的。
当变流器检测到低电压发生后给主控发出低电压穿越状态启动信号，主控接收到该信号后作为低电压穿越控制的起点，之后执行低电压穿越程序，实现低电压穿越功能。
目前变流器在检测到电网电压跌落之后，其控制模式将转换为电网支撑模式。
同时变流器给主控的CCU STATUS WORD位的状态位将发生变化，主控系统通过检测这些状态位的变化确认低电压穿越状态的开始。
当电网电压恢复后，电网支撑模式关闭且有功功率以参数TORQUE RISE TIME定义的相应的速度增加到设定值。
同时变流器状态字CCU STATUS WORD状态位将发生变化，主控系统通过检测这些状态位的变化确认低电压穿越状态的结束。
参数CCU STATUS WORD第6位、第8位和第10位包含有关低电压穿越功能的电网动态信息，其中电网跌落情况的位状态如下所述：1）B10 LOW VOLTAGE FOR RIDE THROUGH当电网电压低于电压LEVEL1 时置1；当电网电压高于电压LEVEL1时清0。
其中电压等级1和电压等级2以及时间t1、t2应该在参数设置时设为可选择项，设定范围应该根据在满足国家标准前提下变流器最大能力来设定。
图4.1 低电压级别设定示意图表4.1 低电压级别设定表最低相间电压导致的欠压跳闸，用参数AC UNDERVOLT TRIP确定。
电网电压可以测量，3相相间电压可以计算。
如果电压跌落在可接受的范围（如图4.1电压跌落图阴影部分）,风电机组必须与电网保持连接。
电网支撑功能只有在电压开始跌落后约100ms至150ms 开始生效（这个时间需根据电网要求确定），需要用此时间来稳定发电机。
然后，开始通过产生容性无功功率，支撑电网。
2）B8 TORQUE REDUCTION当最终给定到DTC 的转矩给定被限幅，以至于无法产生需求的转矩给定值时，将一直被置1。
3）B6 CROWBAR TRIGGERED当有源CROWBAR 需要变为触发状态时，被置1。
有关B10、B8、B6动作情况如图4.2所示：图4.2 CCU STA TUS WORD中有关低电压穿越相应位的变化情况CCU STATUS WORD详细状态位请见下表。
4.2低电压穿越过程及恢复过程中的有功功率控制一些电网导则要求风力发电机在电网发生故障的情况下为电网产生有功功率。
我公司要求风力发电机在电网发生故障的情况下为电网优先产生有功功率，当电网电压下降时有功功率也会比例下降，要基于电压跌落深度限制转矩给定。
例如在风速满足时，75%电网电压时产生75%功率，25%电网电压时产生25%功率。
在保证有功功率情况下，尽可能地对电网进行无功支撑。
在电网电压恢复之后，变流器的电网支撑模式会被关闭，有功功率以100ms（该值为变流器内部的默认值）的斜坡速率增加到设定值。
该参数要有可以设定的参数（可定义为TORQUE RISETIME）。
当低电压穿越的信号消失时，主控切换至普通运行状态即可，此时需要重点观察过渡过程。
同时由于在主控程序中限制功率输出最大为15%/s，变流器应能按主控转矩指令进行有功功能的恢复，此恢复速率是满足电网的技术规定。
以上功能是为了符合中国国家电网对风电机组的要求。
但是变流器需要具备无功功率优先功能，以备符合其它一些国家与地区电网法规。
4.3变流器其它需要具有的功能4.3.1 电网支撑1）电网支撑模式选择根据不同电网导则的要求，电网支撑模式需具备选择性（ON 或OFF）。
电网支撑功能是通过馈入无功电流到电网来实现的。
无功电流给定是与电网电压有关的一个函数，用户可以定义几个不同的电压等级。
当电网电压处于定义的电网电压等级之间时，无功电流给定与电网电压成线性关系。
自电压跌落出现的时刻起，该动态无功电流控制的响应时间不大于Xms(该值应满足不同电网的不同要求)，并能持续Xms(该时间值满足不同电网的不同要求)的时间。
2）不同电网电压等级，对应的无功电流给定：这项要求需有可设定参数，不同电压等级下补偿无功电流的大小是可以通过参数设定的。
3）通过现场总线设置电网支撑功能无功电流给定也能通过现场总线给出。
在这种情况下，变流器电网支撑自动功能应该选为OFF。
4）电网故障后的电网支撑一些电网导则要求风力发电机在电网发生故障后一定时间内为电网提供支撑。
电网支撑程度和时间长度由下列参数定义，参数需要根据电网导则的要求设置。
5）电网支撑受最高可能转子相电流限制无功电流电网支撑往往会大量增加转子电流，特别是当电网故障不对称时。
非对称电网故障会对转子产生极高的电流尖峰。
过高转子尖峰电流可导致CROWBAR 跳闸。
为消除不必要的CROWBAR跳闸，在转子尖峰电流上升过高时，无功电流给定受限。
4.3.2 电网过压瞬变设定值一些电网导则要求风力发电机在电网电压上升过高时，能够从电网吸收无功电流，目的在于稳定电网电压等级。
4.3.3 电网分量分析：电网导则检验算法通常采用DFT/FFT分析法分析电网电压和电流。
无功和有功电流的产生和消耗，基于正、负和零分量计算。
4.3.4 CROWBARCROWBAR所需具备以下测量值：测量值4.3.5 变流器监测软件中所需监测的信号：1）机侧变流器●GENERATOR TORQUE [%] 电机转矩●DC VOLTAGE [V] 直流电压●MOTOR SPEED [rpm] 转子转速●TORQUE REF A [%] 转矩参考●CB BRIDGE VOLTAGE [V] CROWBAR 桥电压●CB ENERGY [kWs] CROWBAR 能量●Is REACT+ [A] 转子无功电流●SEQUENCE VOLT (-) [V] 负序电压●SEQUENCE VOLT (+) [V] 正序电压●IR MAX MEASURED [A] 电流最大侧量值●Is ACT+ [A] 转子有功电流●STATOR IS NO FILT [A] 定子无滤波电流●Is [A] 转子总电流2）网侧变流器●REACTIVE POWER [ kV Ar] 无功功率●POWER [kW] 有功功率●LINE CURRENT [A] 网侧总电流●MAINS VOLTAGE [V] 网侧主电压●DC VOLTAGE [V] 直流电压●MAIN STATUS WORD 主控字状态●CHOPPER ENERGY [%] 制动斩波器能量●STATOR IS (RMS) [A] 定子电流附件一低电压穿越测试点清单。
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