风电机组的低电压穿越策略优化方案

目前，DFIG的LVRT解决方案主要是改进变换器控制策略［21－23］和增加快速短接保护电路（Crowbar，又称为撬棒电路）［24－26］两种，前者受到变换器容量限制，只能适用于电压轻微跌落的工况；后者适用于电网故障严重的情况。

图5－18所示为一种典型的Crowbar保护电路拓扑。当检测到转子绕组电流越限时，Crowbar电路立即动作，通过短接绕组端部的方式旁路转子侧变换器，此时DFIG相当于普通感应发电机运行，网侧变换器仍然有效，一般可以等效为静止同步补偿器（STATCOM）控制运行。

图5-18　典型的Crowbar保护电路拓扑

Crowbar经历了由被动Crowbar到主动Crowbar的发展。被动Crowbar完全是一种自我保护型的装置，它受到投切晶闸管（SCR）的限制，当电压恢复后无法及时切除保护电路。将Crowbar中的晶闸管换作全控器件，如绝缘栅双极型功率管或快速关断晶闸管，故障消除后可快速切除，使DFIG迅速恢复正常，这种技术称为主动Crowbar。通过分析Crowbar阻值、最大短路电流及其出现时间，可以获得不同Crowbar阻值和退出时间对LVRT效果的影响。

系统故障引起电压跌落时，DFIG投入Crowbar以防止转子侧变换器过电流，若Crowbar电阻取值过小，则不能很好地抑制短路电流，但电阻取值过大会面临过电压风险。

Umax是关于Crowbar阻值Rcr的函数：

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式中，σ为漏磁系数。对Umax求导，可得

通常，DFIG参数满足式（5－45）大于0，可见Crowbar投入后的转子电压峰值随Crowbar阻值单调递增，表明转子电压峰值具有单调递增的特性。

为防止转子侧过压，考虑到实际工况要求转子侧变换器电压留有一定安全裕度，设安全裕度系数为λ，则Crowbar电阻取值的上限判据为

式中，Urlim为机侧变换器电压限值。

在故障后期和电压恢复阶段，由于DFIG异步运行从电网吸收大量无功功率，若Crowbar阻值过小，不利于电网电压恢复；另外，在电压恢复时还面临转子电流二次过流的风险，导致相邻风电机组低电压切机。因此，需要根据区域电网特点，选择合适的Crowbar保护阻值，以防止系统故障时风电场相继切机风险。

无论哪类Crowbar技术，其功能都在于保护变换器，而不是抑制转子加速。另外，DFIG作鼠笼式异步发电机运行后必然消耗大量无功功率，网侧变换器受自身容量的局限，能为电网提供的无功支撑能力十分有限，因此很难达到LVRT标准曲线的要求。