低電壓過渡能力：Low Voltage Ride Through ，LVRT ;Fault Ride Through ，F(xiàn)RT

曾稱“低電壓穿越”。定義：小型發(fā)電系統(tǒng)在確定的時(shí)間內(nèi)承受一定限值的電網(wǎng)低電壓而不退出運(yùn)行的能力。

一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越技術(shù)

1、問題的提出

對(duì)于變頻恒速雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在電網(wǎng)電壓跌落的情況下，由于與其配套的電力電子變流設(shè)備屬于AC/DC/AC型，容易在其轉(zhuǎn)子側(cè)產(chǎn)生峰值涌流，損壞變流設(shè)備，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)解列。在以前風(fēng)力發(fā)電機(jī)容量較小的時(shí)候，為了保護(hù)轉(zhuǎn)子側(cè)的勵(lì)磁裝置，就采取與電網(wǎng)解列的方式，但目前風(fēng)力發(fā)電的容量都很大，與電網(wǎng)解列后會(huì)影響整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性，甚至?xí)a(chǎn)生連鎖故障。于是，根據(jù)這種情況，國外的專家就提出了風(fēng)力發(fā)電低電壓穿越的問題。

2、LVRT概念的解釋

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)需維持一段時(shí)間與電網(wǎng)連接而不解列，甚至要求風(fēng)電場(chǎng)在這一過程中能夠提供無功以支持電網(wǎng)電壓的恢復(fù)即低電壓穿越。

目前對(duì)于風(fēng)力發(fā)電低電壓運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，主要以德國e.on netz公司提出的為參考。

雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于其自身機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)LVRT存在以下幾方面的難點(diǎn)：

1)確保故障期間轉(zhuǎn)子側(cè)沖擊電流與直流母線過電壓都在系統(tǒng)可承受范圍之內(nèi);

2)所采取的對(duì)策應(yīng)具備各種故障類型下的有效性;

3)控制策略須滿足對(duì)不同機(jī)組、不同參數(shù)的適應(yīng)性;

4)工程應(yīng)用中須在實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的前提下盡量少地增加成本。

3、電網(wǎng)電壓跌落后DFIG運(yùn)行的暫態(tài)過程分析(感覺這部分內(nèi)容需要理論推導(dǎo))

在電網(wǎng)電壓跌落情況下，風(fēng)電機(jī)組中的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子側(cè)過流，同時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)電流的迅速增加會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變流器直流側(cè)電壓升高，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變流器的電流以及有功和無功都會(huì)產(chǎn)生振蕩。這是因?yàn)殡p饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)電壓瞬間跌落的情況下，定子磁鏈不能跟隨定子端電壓突變，從而會(huì)產(chǎn)生直流分量，由于積分量的減小，定子磁鏈幾乎不發(fā)生變化，而轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，會(huì)產(chǎn)生較大的滑差，這樣便會(huì)引起轉(zhuǎn)子繞組的過壓、過流。如果電網(wǎng)出現(xiàn)的是不對(duì)稱故障的話，會(huì)使轉(zhuǎn)子過壓與過流的現(xiàn)象更加嚴(yán)重，因?yàn)樵诙ㄗ与妷褐泻胸?fù)序分量，而負(fù)序分量可以產(chǎn)生很高的滑差。過流會(huì)損壞轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變流器，而過壓會(huì)使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組絕緣擊穿。

二、低電壓穿越技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)

目前的低電壓穿越技術(shù)一般有三種方案：一種是采用了轉(zhuǎn)子短路保護(hù)技術(shù)，二種是引入新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，三是采用合理的勵(lì)磁控制算法。本周我主要看了前兩種，以下分別介紹。

1、轉(zhuǎn)子短路保護(hù)技術(shù)(crowbar電路)

這是目前一些風(fēng)電制造商采用得較多的方法，其在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)裝有crowbar電路，為轉(zhuǎn)子側(cè)電路提供旁路，在檢測(cè)到電網(wǎng)系統(tǒng)故障出現(xiàn)電壓跌落時(shí)，閉鎖雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變流器，同時(shí)投入轉(zhuǎn)子回路的旁路(釋能電阻)保護(hù)裝置,達(dá)到限制通過勵(lì)磁變流器的電流和轉(zhuǎn)子繞組過電壓的作用，以此來維持發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行(此時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)按感應(yīng)電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行)。

目前比較典型的crowbar電路有如下幾種：

(1)混合橋型crowbar電路，如圖1所示，每個(gè)橋臂有控制器件和二極管串聯(lián)而成。

(2)IGBT型crowbar電路，如圖2所示，每個(gè)橋臂由兩個(gè)二極管串聯(lián)，直流側(cè)串入一個(gè)IGBT器件和一個(gè)吸收電阻。

(3)帶有旁路電阻的crowbar電路，如圖3所示，出現(xiàn)電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，通過功率開關(guān)器件將旁路電阻連接到轉(zhuǎn)子回路中，這就為電網(wǎng)故障期間所產(chǎn)生的大電流提供了一個(gè)旁路，從而達(dá)到限制大電流，保護(hù)勵(lì)磁變流器的作用。

2、引入新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

如圖4所示，這種結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的軟啟動(dòng)裝置類似，在雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子側(cè)與電網(wǎng)間串聯(lián)反并可控硅電路。 在正常運(yùn)行時(shí)，這些可控硅全部導(dǎo)通，在電網(wǎng)電壓跌落與恢復(fù)期間，轉(zhuǎn)子側(cè)可能出現(xiàn)的最大電流隨電壓跌落的幅度的增大而增大，為了承受電網(wǎng)故障電壓大跌落所引起的的轉(zhuǎn)子側(cè)大電流沖擊，轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變流器選用電流等級(jí)較高的大功率IGBT器件，這樣來保證變流器在電網(wǎng)故障時(shí)不與轉(zhuǎn)子繞組斷開時(shí)的安全。電網(wǎng)電壓跌落再恢復(fù)時(shí)，轉(zhuǎn)子側(cè)最大電流可能會(huì)達(dá)到電壓跌落前的幾倍。因此，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落嚴(yán)重時(shí)，為了避免電壓回升時(shí)系統(tǒng)在轉(zhuǎn)子側(cè)所產(chǎn)生的大電流，在電壓回升以前，將雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)通過反并可控硅電路與電網(wǎng)脫網(wǎng)。脫網(wǎng)以后，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變流器重新勵(lì)磁雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)，電壓一旦回升到允許的范圍之內(nèi)，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)便能迅速地與電網(wǎng)達(dá)到同步。再通過開通反并可控硅電路使定子與電網(wǎng)連接。這樣可以減小對(duì)IGBT耐壓、耐流的要求。對(duì)于短時(shí)間內(nèi)能夠接受大電流的IGBT模塊，可以減少雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的脫網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間。轉(zhuǎn)子側(cè)大功率饋入直流側(cè)會(huì)導(dǎo)致直流側(cè)電容電壓的升高，