低電壓穿越(LVRT)，指在風力發(fā)電機并網(wǎng)點電壓跌落的時候，風機能夠保持并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的無功功率，支持電網(wǎng)恢復，直到電網(wǎng)恢復正常，從而“穿越”這個低電壓時間(區(qū)域)。是對并網(wǎng)風機在電網(wǎng)出現(xiàn)電壓跌落時仍保持并網(wǎng)的一種特定的運行功能要求。不同國家(和地區(qū))所提出的LVRT要求不盡相同。目前在一些風力發(fā)電占主導地位的國家，如丹麥、德國等已經(jīng)相繼制定了新的電網(wǎng)運行準則，定量地給出了風電系統(tǒng)離網(wǎng)的條件(如最低電壓跌落深度和跌落持續(xù)時間)，只有當電網(wǎng)電壓跌落低于規(guī)定曲線以后才允許風力發(fā)電機脫網(wǎng)，當電壓在凹陷部分時，發(fā)電機應提供無功功率。這就要求風力發(fā)電系統(tǒng)具有較強的低電壓穿越(LVRT)能力，同時能方便地為電網(wǎng)提供無功功率支持，但目前的雙饋型風力發(fā)電技術(shù)是否能夠應對自如，學術(shù)界尚有爭論，而永磁直接驅(qū)動型變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)已被證實在這方面擁有出色的性能。
低電壓穿越具備能力
風電機組應該具有低電壓穿越能力
a)風電場必須具有在電壓跌至20%額定電壓時能夠維持并網(wǎng)運行620ms的低電壓穿越能力;
b)風電場電壓在發(fā)生跌落后3s內(nèi)能夠恢復到額定電壓的90%時，風電場必須保持并網(wǎng)運行;
c)風電場升壓變高壓側(cè)電壓不低于額定電壓的90%時，風電場必須不間斷并網(wǎng)運行。
低電壓穿越對機組造價影響
    風電機組低電壓穿越(LVRT)能力的深度對機組造價影響很大,根據(jù)實際系統(tǒng)對風電機組進行合理的LVRT能力設計很有必要。對變速風電機組LVRT原理 進行了理論分析,對多種實現(xiàn)方案進行了比較。在電力系統(tǒng)仿真分析軟件DIgSILENT/PowerFactory中建立雙饋變速風電機組及LVRT功能 模型。以地區(qū)電網(wǎng)為例,詳細分析系統(tǒng)故障對風電機組機端電壓的影響,依據(jù)不同的風電場接入方案計算風電機組LVRT能力的電壓限值,對風電機組進行合理的 LVRT能力設計。結(jié)果表明,風電機組LVRT能力的深度主要由系統(tǒng)接線和風電場接入方案決定。設計風電機組LVRT能力時,機組運行曲線的電壓限值應根 據(jù)具體接入方案進行分析計算。
    解決：需要改動控制系統(tǒng)，變流器和變槳系統(tǒng)。中國的標準將是20%電壓，625ms，接近awea的標準。
    針對不同的發(fā)電機類型有不同的實現(xiàn)方法，最早采用也是最普遍的方案是采用CROWBAR，有的已經(jīng)安裝在變頻器之中，根據(jù)不同的系統(tǒng)要求選擇低電壓穿越能力的大小，即電壓跌落深度和時間，具體要求根據(jù)電網(wǎng)標準要求。
    風電制造商采用得較多的方法，其在發(fā)電機轉(zhuǎn)子側(cè)裝有crowbar電路，為轉(zhuǎn)子側(cè)電路提供旁路，在檢測到電網(wǎng)系統(tǒng)故障出現(xiàn)電壓跌落時，閉鎖雙饋感應發(fā)電機 勵磁變流器，同時投入轉(zhuǎn)子回路的旁路(釋能電阻)保護裝置,達到限制通過勵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)電機不脫網(wǎng)運行(此時雙饋 感應發(fā)電機按感應電動機方式運行)。也就是在變流器的輸出側(cè)接一旁路CRAWBAR，先經(jīng)過散熱電阻,再進入三相整流橋,每一橋臂上為晶閘管下為一二極 管，直流輸出經(jīng)銅排短接.當?shù)碗妷喊l(fā)生后,無功電流均有加大，有功電流有短時間的震蕩，過流在散熱電阻上以熱的形式消耗,按照不同的標準，能堅持的時間要根據(jù)電壓跌落值來確定。當然，在直流環(huán)節(jié)上也要有保護裝置.詳細就不討論.具體的討論再聯(lián)系。FRT的實物與圖片可供大家參考。但是大家所提到的FRT只是老式的,新式是在直流環(huán)節(jié)有保護裝置，但輸出側(cè)仍是無源CRAWBAR。
    crowbar觸發(fā)以后，按照感應電動機來運行，這個只能保證發(fā)電機不脫網(wǎng)，而不能向電網(wǎng)提供無功，支撐電網(wǎng)電壓?，F(xiàn)在LVRT能提供電網(wǎng)支撐的風機很少，這個是LVRT最高的level。德國已經(jīng)制定標準了。最后還是得增加轉(zhuǎn)子變頻器的過流能力。
    另外，控制系統(tǒng)要嵌入動態(tài)電壓暫降補償器，當有暫降時瞬時將電壓補償上去，先保住控制系統(tǒng)不跳。ABB號稱采用了一種ACtive CROWBAR來實現(xiàn)低壓穿越功能。
低電壓穿越技術(shù)實現(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)子短路保護技術(shù)，二種是引入新型拓撲結(jié)構(gòu)，三是采用合理的勵磁控制算法。本周我主要看了前兩種，以下分別介紹。
1、轉(zhuǎn)子短路保護技術(shù)(crowbar電路)
    這是目前一些風電制造商采用得較多的方法，其在發(fā)電機轉(zhuǎn)子側(cè)裝有crowbar電路，為轉(zhuǎn)子側(cè)電路提供旁路，在檢測到電網(wǎng)系統(tǒng)故障出現(xiàn)電壓跌落時，閉鎖雙饋感應發(fā)電機勵磁變流器，同時投入轉(zhuǎn)子回路的旁路(釋能電阻)保護裝置,達到限制通過勵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)電機不脫網(wǎng)運行(此時雙饋感應發(fā)電機按感應電動機方式運行)。
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，每個橋臂由兩個二極管串聯(lián)，直流側(cè)串入一個IGBT器件和一個吸收電阻。
(3)帶有旁路電阻的crowbar電路，出現(xiàn)電網(wǎng)電壓跌落時，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旁路，從而達到限制大電流，保護勵磁變流器的作用。
2、引入新型拓撲結(jié)構(gòu)
    在雙饋感應發(fā)電機定子側(cè)與電網(wǎng)間串聯(lián)反并可控硅電路。在正常運行時，這些可控硅全部導通，在電網(wǎng)電壓跌落與恢復期間，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)勵磁變流器選用電流等級較高的大功率IGBT器件，這樣來保證變流器在電網(wǎng)故障時不與轉(zhuǎn)子繞組斷開時的安全。電網(wǎng)電壓跌落再恢復時，轉(zhuǎn)子側(cè)最大電流可能會達到電壓跌落前的幾倍。因此，當電網(wǎng)電壓跌落嚴重時，為了避免電壓回升時系統(tǒng)在轉(zhuǎn)子側(cè)所產(chǎn)生的大電流，在電壓回升以前，將雙饋感應發(fā)電機通過反并可控硅電路與電網(wǎng)脫網(wǎng)。脫網(wǎng)以后，轉(zhuǎn)子勵磁變流器重新勵磁雙饋感應發(fā)電機，電壓一旦回升到允許的范圍之內(nèi)，雙饋感應發(fā)電機便能迅速地與電網(wǎng)達到同步。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IGBT耐壓、耐流的要求。對于短時間內(nèi)能夠接受大電流的IGBT模塊，可以減少雙饋感應發(fā)電機的脫網(wǎng)運行時間。轉(zhuǎn)子側(cè)大功率饋入直流側(cè)會導致直流側(cè)電容電壓的升高，而直流側(cè)的耐壓等級依賴于直流側(cè)電容的大小，因此直流側(cè)設計crowbar電路，在直流側(cè)安裝電阻來作吸收電路，將直流側(cè)電壓限制在允許范圍內(nèi)。
    這種方式的不足之處是：該方案需要增加系統(tǒng)的成本和控制的復雜性?？紤]到定子故障電流中的直流分量，需要可控硅器件能通過門極關(guān)斷，這要求很大的門極負驅(qū)動電流，驅(qū)動電路太復雜。這里的可控硅串聯(lián)電路如果采用穿透型IGBT的話，IGBT必須串聯(lián)二極管。而采用非穿透型IGBT的話，通態(tài)損耗會很大。理論上，如果利用接觸器來代替可控硅開關(guān)的話，雖通態(tài)時無損耗，但斷開動作時間太長。而且由于該方案在輸電系統(tǒng)故障時發(fā)電機脫網(wǎng)運行，因此對電網(wǎng)恢復正常運行起不到積極的支持作用。
低電壓穿越存在難點
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)所采取的對策應具備各種故障類型下的有效性;
3)控制策略須滿足對不同機組、不同參數(shù)的適應性;
4)工程應用中須在實現(xiàn)目標的前提下盡量少地增加成本
低電壓穿越規(guī)?；r低電壓穿越
    金風科技于10月下旬率先在國內(nèi)通過規(guī)?；r條件下的低電壓穿越測試。此舉印證了直驅(qū)永磁的天然并網(wǎng)優(yōu)勢，將有力推動金風科技全面打造“電網(wǎng)友好型”產(chǎn)品，進一步為客戶發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造價值。本次測試地點位于甘肅瓜州自主化示范風電場，項目裝機總?cè)萘繛?0萬千瓦，全部采用了金風科技1.5MW直驅(qū)永磁風力發(fā)電機組。測試之前，金風科技在一天之內(nèi)即完成對全部參測22臺機組的低電壓穿越升級改造。10月22日，在西北電網(wǎng)甘肅瓜州東大橋變電站330kV人工單相短路試驗條件下，有19臺機組在大風滿發(fā)工況下成功實現(xiàn)不對稱低電壓穿越，一次性通過比例高達86.4%。電網(wǎng)和投資商對此次測試結(jié)果表示了一致認可。
    低電壓穿越是當電網(wǎng)故障或擾動引起風電場并網(wǎng)點電壓跌落時，在一定電壓跌落的范圍內(nèi)，風力發(fā)電機組能夠不間斷并網(wǎng)，從而維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。在此之前，金風科技已于2010年6月在德國通過由Windtest驗證的低電壓穿越測試，并于2010年8月在國內(nèi)通過由中國電力科學研究院驗證的低電壓穿越測試。
    本次測試則是國內(nèi)首次由數(shù)十臺機組在實際運行條件下進行的工況測試，因此測試數(shù)據(jù)也更加具有實際應用價值和普遍說服力。
低電壓穿越 - 相關(guān)信息
    新的電網(wǎng)規(guī)則要求在電網(wǎng)電壓跌落時，風力發(fā)電機能像傳統(tǒng)的火電、水電發(fā)電機一樣不脫網(wǎng)運行，并且向電網(wǎng)提供一定的無功功率，支持電網(wǎng)恢復，直到電網(wǎng)電壓恢復，從而“穿越”這個低電壓時期(區(qū)域)，這就是低電壓穿越(LVRT)。
    雙饋風電機組低壓穿越技術(shù)的原。理:在外部系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，雙饋電機定子電流增加，定子電壓和磁通突降，在轉(zhuǎn)子側(cè)感應出較大的電流。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器直接串連在轉(zhuǎn)子回路上，為了保護變流器不受損失，雙饋風電機組在轉(zhuǎn)子側(cè)都裝有轉(zhuǎn)子短路器。當轉(zhuǎn)子側(cè)電流超過設定值一定時間時，轉(zhuǎn)子短路器被激活，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器退出運行，電網(wǎng)側(cè)變流器及定子側(cè)仍與電網(wǎng)相連。一般轉(zhuǎn)子各相都串連一個可關(guān)斷晶閘管和一個電阻器，并且與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器并聯(lián)。電阻器阻抗值不能太大，以防止轉(zhuǎn)子側(cè)變流器過電壓，但也不能過小，否則難以達到限制電流的目的，具體數(shù)值應根據(jù)具體情況而定。外部系統(tǒng)故障清除后，轉(zhuǎn)子短路器晶閘管關(guān)斷，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器重新投入運行。在定子電壓和磁通跌落的同時，雙饋電機的輸出功率和電磁轉(zhuǎn)矩下降，如果此時風機機械功率保持不變則電磁轉(zhuǎn)矩的減小必定導致轉(zhuǎn)子加速，所以在外部系統(tǒng)故障導致的低電壓持續(xù)存在時，風電機組輸出功率和電磁轉(zhuǎn)矩下降，保護轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的轉(zhuǎn)子短路器投入的同時需要調(diào)節(jié)風機槳距角，減少風機捕獲的風能及風機機械轉(zhuǎn)矩，進而實現(xiàn)風電機組在外部系統(tǒng)故障時的LVRT功能。目前，風力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)先的國家，如丹麥、德國、美國已經(jīng)相繼定量的給出了風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越的標準。
    信息來源：拓普儀器儀表網(wǎng) 信息整理：www.hufengsk.com