低电压穿越技术的概述

随着风力发电在电网中所占比例的增加，电网公司要求风力发电系统需像传统发电系统一样，在电网发生故障时具有继续并网运行的能力。

电网发生故障引起电压跌落会给风力发电机组带来一系列暂态过程（如转速升高、过电压和过电流等），当风力发电在电网中占有较大比例时，机组的解列会增加系统恢复难度，甚至使故障恶化。因此目前新的电网规则要求当电网发生短路故障时风力发电机组能够保持并网，甚至能够向电网提供一定的无功功率支持，直到电网恢复正常，这个过程被称为风力发电机组“穿越”了这个低电压时间（区域），即低电压穿越（Low Voltage Ride Through，LVRT）。

1.风力发电机组故障穿越并网要求

各国相继提出了越来越严格的故障穿越标准，要求机组在电网故障情况下能够按照标准规定的时间继续并网运行。图4-26为德国、英国、美国和丹麦4国故障穿越标准中电网电压跌落程度与风电机组需持续并网运行的时间的规定。

图4-26　各国故障穿越标准

各国制定的故障穿越标准中，除包含图4-26所示的并网时间要求外，一般都包含以下4个方面的规定：

（1）公共耦合点的电网电压有效值的跌落程度与要求机组继续并网运行时间长短的关系。

（2）电网线电压有效值的跌落程度与输出无功功率的关系。(www.xing528.com)

（3）故障切除后，有功功率的恢复速率。

（4）频率的波动与输出有功功率的关系。

我国国家电网公司制定了风力发电机组低电压穿越标准。标准规定：风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20%额定电压时能保持并网运行625ms的低电压穿越能力，如图4-27所示。风电场并网点电压在发生跌落2s内能够恢复到额定电压90%时，风电场内的风电机组能够保持不脱网运行。

2.关于双馈风力发电机的低电压穿越的特殊性

图4-27　中国的低电压穿越标准

与其他机型相比，双馈异步风力发电机在电压跌落期间面临的威胁最大。电压跌落出现的暂态转子过电流、过电压会损坏电力电子器件，而电磁转矩的衰减也会导致转速的上升。

另外，由于DFIG定子绕组直接与电网连接，变频器容量较小，故而对电网故障非常敏感，仅靠自身难以实现低电压穿越。当电网发生故障时，电网电压跌落将直接导致定子电压的跌落，而定子磁链不能跟随定子电压一起突变，所以在定子侧会出现暂态磁链的直流分量，引起定子电流的大幅增加；而定子绕组与转子绕组在磁场上存在强耦合关系，此直流分量切割转子绕组，在转子侧也必然会感应出较大的过电流和过电压。转子侧突然增加的大量能量一部分会流经转子侧变换器和网侧变换器传递到电网，可能对变流器造成损害；另一部分会对直流母线电容充电，使直流母线电压大幅升高威胁电容的安全。因此要想实现双馈风力发电机的低电压穿越，必须在电网发生电压跌落故障时对定子、转子过电流进行抑制。