双馈风电机组低电压穿越特性的试验研究_胡书举
高电压技术 第36卷第3期2010年3月31日
H igh Voltage Engineering ,Vol .36,No .3,M ar .31,2010
双馈风电机组低电压穿越特性的试验研究
胡书举1,2,赵栋利1,赵 斌1,许洪华1,2
(1.中国科学院电工研究所,北京100190;2.中国科学院风能利用重点实验室,北京100190)
摘 要:低电压穿越能力正逐渐成为大型并网风电机组的必备功能之一,要求风电机组在电网电压跌落发生时保
持并网,故障消除后快速恢复正常运行。在分析双馈机组电压跌落特性的基础上,采用了转子主动式Crow bar 电路和直流侧卸荷电路相结合的方法来实现双馈风电机组的低电压穿越功能,讨论了具体的低电压穿越控制策略,通过仿真验证了电路结构和控制策略的正确性。在实验室10kW 双馈机组实验平台上,采用电压跌落发生器模拟电网电压跌落故障,进行了电网电压跌落至额定电压20%时不同持续时间的测试,证实了所采用的低电压穿越控制策略的有效性。
关键词:双馈风电机组;低电压穿越;背靠背变流器;电压跌落发生器;主动式Cro wbar ;直流侧卸荷电路中图分类号:T M 315文献标志码:A 文章编号:1003-6520(2010)03-0789-07
基金资助项目:863探索导向项目(2007AA05Z421)。
Project Sup ported b y “863”E xploration -oriented Project (2007A A05Z421).
Experimental Research on LVRT Capability of DFIG Wind Turbine
H U Shu -ju 1,2,ZH AO Do ng -li 1,ZH AO Bin 1,XU H ong -hua 1,2
(1.Institute of Electrical Engineering ,Chinese Academy o f Sciences ,Beijing 100190,China ;2.Key Labo ra to ry of Wind Energ y Utilizatio n ,Chinese Academ y of Sciences ,Beijing 100190,China )
A bstract :L ow voltage ride thro ug h (L V RT )capability is becoming an esse ntial functio n for hig h -pow er g rid co n -nected wind turbines ,w hich requir es w ind turbine to keep connected with g rid during voltage sag s and recover fast after clear ance of the faults .Based on analy sis o f v oltage sag characteristics fo r DFIG w ind turbine ,a method in -teg ra ting ro tor active cro wbar and DC -side damp circuit w as ado pted to implement the L V RT capability o f DFIG wind turbine ,and the specific LV R T contro l str ategy w as discussed ,then the cor rectness o f the pro tection circuit and contro l stra teg y w as verified by simulatio n .T he ex pe riment te st was car ried o ut on 10kW DFIG w ind turbine e xperimental test setup ,v oltage sag genera to r w as used to simulate grid v oltage sag faults drop to 20%of rated voltage w ith different duratio n time ,and therefo re the validity o f the LV RT co ntro l stra teg y w as confirmed .Key words :D FIG wind turbine ;lo w v oltage r ide throuth (LV RT );back -to -back conver ter ;voltage sag genera to r ;active Cro wbar ;DC damp circuit
0 引言
低电压穿越(LVRT )能力已经在很多国家的风力发电并网规则中得到了明确规定,我国也即将出台类似的标准。目前,国外领先的风电产品公司如通用电气(G E )、ABB 和Alstom 等已经将低电压穿越功能集成到其产品中,但是由于技术保密性,其控制策略并未可知;国内的风电公司和研究机构也开始积极关注低电压穿越能力[1-6]
。文献[7]中,当检测到电压跌落时,在转子电压引入一个电压控制分量,通过推导时间常数,加快暂态过渡过程;文献[8]提出一种定子磁链的去磁控制,当检测到电压跌落后即采用去磁控制,电压恢复时延迟几百ms 重新正常给定,以避免恢复时的电流振荡;文献[9]通过在转子电压方程中加入补偿项实时修正模型中的动
态量以达到补偿效果,提高电压波动时的动态响应;文献[10]针对电网电压跌落故障过程中双馈电机内
部电磁变量的暂态特点,控制双馈电机的漏磁链以抵消定子磁链中的暂态直流分量和负序分量对转子侧的影响;文献[11]中电网侧变流器在电压跌落时d 轴电流给定量设定为转子侧变换器输出瞬时功率反馈量,这样电网侧变换器的d 轴电流给定量和输入瞬时功率都将及时跟随转子功率变化,从而将直流链电压的波动限制在一定范围内;文献[12]在直流侧采用储能元件(电容),通过bo ost 变换器在电压跌落期间支撑电网电压。
本文通过分析双馈风电机组在电网电压跌落及恢复时的暂态特性,推导了定子磁链与定转子电流在暂态过程中的定量表达式,提出了双馈风电机组的低电压穿越控制策略,通过仿真进行了验证,并着重通过试验验证了低电压穿越功能的实现。
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1 双馈机组跌落特性分析及低电压穿越控
制策略
1.1 双馈机组控制原理及跌落特性分析
图1为具备低电压穿越功能的双馈风电机组结构图。采用DFIG 定子磁链定向控制,将定子磁链定向在d 轴上,且忽略定子绕组压降,得到定子磁链方程
[13]
为
ψd s =ψs =L s i d s +L m i d r i d s =
ψs -L m i d r
L s
;ψq s =0=L s i q s +L m i q r i q s =-L m
L s
i q r 。
(1)
将磁链方程代入电机的电压方程有
u d s =0;
u q s =ω
1ψd s =U s ;u d r
=R r i d r +(L r -L 2m L s )d i d r d t -(L r -L 2m
L s
)·
ωp i q r +L m L s d ψs
d t
;u q r
=R r i q r +(L r -L 2m L s )d i q r d t +(L r -L 2m
L s
)·
ωp i d r +L m ψs
L s
ωp 。
(2)
式中,R s 、R r 分别为定、转子绕组等效电阻;L s 、L r 、L m 分别为定、转子绕组自感及互感;i d s 、i q s 、i d r 、i q r 分别为d 、q 轴定、转子电流;u d s 、u q s 、u d r ,u q r 分别为d 、q 轴定、转子电压;ψd s 、ψq s 、ψd r 、ψq r 分别为d 、q 轴定、转子磁链;ω1,ωp 分别为同步转速和滑差角速度;U s 为定子电压。
忽略定子电阻,双馈异步电机的定子磁链在电压跌落发生前稳态情况下的矢量表达式如公式(3)所示,其大小由定子电压的模值和同步角频率共同决定,以同步角频率旋转。定子磁链在跌落动态过程中的表达式如公式(4)所示,在稳态分量的基础上,还包含了一个呈指数衰减的直流分量
,直流分量的大小和跌落的深度成正比,衰减的速度和电机的时间常数有关,即τs =L s R s
(τs 为定子绕组时间常
数)。定子磁链在跌落发生一段时间后回到稳态;电网恢复的时候定子磁链变化经历同样的动态过程
[14]
,回到稳态。公式(3)、(4)如下:
ψs1=U s1
e j ω1t
;(3)
4)
图1 具备低电压穿越功能的双馈风电机组结构图
Fig .1 DFIG wind turbine configuration
with LVRT capability
式中,ψs1为电压跌落发生前的稳态定子磁链;ψ
s2为包含动态过程的定子磁链;U s1、U s2分别为电压跌落
发生前和发生后的稳态定子电压模值;t 0为电压跌落发生时刻。
在定子参考坐标系下,考虑定子三相短路的极限情况,转子电流的变化主要由定子短路造成,转子电流可由公式(5)表示如下。
I r (p )=-U s
Z ≈
-j ωp ψs1Z
e j ωp t ,t -j (1-p )ω1ψs1e -τ s Z e j (1-p )ω 1t ,t >t 0。 (5) 式中,I r (p )为转子电流对应定子绕组感应的分量;U s 为定子电压矢量;Z 为定子绕组等效阻抗;p 为滑 差;E s 为定子绕组反电动势。由式(5)可以看出,转子电流幅值在电压跌落前等于pE s Z ;当电网电压短路时,其幅值变为 (1-p )ω1ψs e -τ s Z ,其初始值正比于 (1-p )E s Z ,电流幅值突然变大;同时因为不同频率电流部分的叠加,会引起电流振荡。电压恢复时由于转子电流的增大,以及转速的升高,动态过程将更剧烈,电机的稳定域度会更小。通过对比可以发现电机运行在超同步速时要比在亚同步速时的动态响应过程更加剧烈,超调更大,恢复时间也更长。这是因为超同步速时电机运行更加靠近不稳定域边界。定子电流和转子电流的变化趋势相同[15] 。 1.2 低电压穿越控制策略 当发生电网电压跌落故障,双馈电机定子和转子出现过流,定子或转子电流一旦超过设定的电流 790 高电压技术2010,36(3) 上限,即刻投入转子侧C ro w bar电路、封锁转子侧变流器输出脉冲;当定子和转子电流同时低于设定的下限电流时,切出转子侧Crow ba r电路、恢复转子侧变流器的工作。转子侧Crow bar电路的投切以定子和转子是否出现过电流为判断条件,不依赖于电网故障信号的检测。图2为转子Crow bar电路投切原理图,图中,i＊stator和i＊r otor分别为定子和转子电流Crow bar电路动作设定值;i stator和i rotor分别为定子和转子电流实际值。 直流侧卸荷电路的控制以直流侧电压作为判断条件,当直流侧电压上升到一定值时,投入卸荷电路,当直流侧下降到一定值时,切出卸荷电路;卸荷电阻投入和切出之间的电压要设置滞环。图3为直流侧卸荷电路控制原理图,图中,U＊dc和U dc分别为直流侧电压卸荷电路动作设定值和实际值;ΔU为直流侧电压偏差;d为卸荷电路控制信号。 2 仿真验证 根据以上控制原理,使用仿真软件M atlab/ simulink搭建了1.5M W双馈风电机组仿真模型,进行了低电压穿越的仿真验证。双馈风电机组运行在超同步速,滑差为-0.2左右,电网电压跌落为三相对称跌落,幅值跌落至额定电压的20%,持续时间600m s。图4为1.5M W双馈机组超同步运行时的低电压穿越仿真波形。图4(a)为双馈电机与背靠背变流器的仿真波形,自上而下依次为电网电压标么值(U g,pu)、直流侧电压(U dc)、电机转速标么值(ωpu)、定子三相电流标么值(i sa,p u、i sb,pu、i sc,pu)、转子三相电流标么值(i ra,pu、i rb,pu、i rc,pu)、网侧变流器输入三相电流标么值(i ga,pu、i gb,pu、i gc,p u)波形;图4(b)为转子Crow bar电阻的电流(i C)波形,图4(c)为直流侧卸荷电阻的电流(i D)波形。 从图4(a)的仿真波形可见,双馈风电机组的暂态过渡过程主要发生在电网电压跌落发生及恢复时。电压跌落发生及恢复时,定转子电流以及直流侧电压的幅值均出现了较大上升,但是因为采用了低电压穿越控制策略,定转子电流以及直流侧电压都被限定在期望的范围内,直流侧电压上升幅度低于1300V,定子电流上升幅度低于2倍额定值,转子电流上升幅度也低于2倍正常运行值。电压跌落期间,电机转速有所上升。 电压跌落发生后,经过200ms左右的时间,双馈机组达到新的稳定状态;电压跌落恢复后,经过300m s左右的时间,双馈机组恢复至额定运行状态。电压跌落发生及恢复的暂态过程中,定转子电 流中均包含直流成分,这主要是由暂态过程中定子 图2 转子Crow bar电路投切原理图 Fig.2 Rotor Crow bar circuit switching scheme 图3 直流侧卸荷电路控制原理图 Fig.3 DC damp circuit control scheme 磁链包含直流分量造成的,随着直流分量的衰减,定转子电流恢复为正弦交流电流。 超同步运行条件下,电压跌落恢复时的暂态过程要比跌落发生时更加严重,亚同步运行时情况相反,电压跌落发生时的暂态过程更加严重,这与两种运行状态下变流器的功率流向有关。图4(b)、(c)表明了电压跌落恢复时,转子Crow bar电阻和直流侧卸荷电阻投入的次数更多;实现低电压穿越功能,主要是转子侧C row bar电路起作用,直流侧卸荷电路是辅助对直流侧可能出现的电压进行抑制。 3 试验验证 为了验证双馈风电机组的低电压穿越功能,在实验室搭建了小功率试验系统,以对低电压穿越控制策略进行试验验证。图5为双馈机组低电压穿越试验结构图,主要包括双馈风力发电机及其拖动系统、背靠背变流器、转子Crow bar电路及直流侧卸荷电路、电压跌落发生器等。拖动系统主要包括直流电机与直流调速电源,电压跌落发生器串接在电网与双馈试验系统之间,背靠背变流器通过输入调压器与电机定子连接。正常运行时,电压跌落发生器输出电压等于电网电压;通过上位机控制电压跌落发生器模拟电网电压的跌落[16]。 电压跌落为三相对称跌落,跌落深度为额定电压的20%,分别进行了持续时间200m s和1s的试 791 电网运行与安全胡书举,赵栋利,赵 斌,等.双馈风电机组低电压穿越特性的试验研究 图4 1.5MW双馈机组超同步运行低电压穿越仿真波形 Fig.4 LVRT simulation waveforms of1.5MW wind turbine operating at super-synchronous state 验。图6为双馈机组20%-200ms电压跌落试验波形,图7为20%-1s电压跌落试验波形。图6 (a)与图7(a)为电网电压(U g)与定子电流(i s)波形;图6(b)与图7(b)为直流侧电压(U dc)、卸荷电路电流(i D)与网侧变流器输入电流(i T)波形。 由图6(a)可见,跌落持续时间为200m s,电压跌落发生时,定子电流出现了较大的上升,此时转子C row bar电路投入工作,转子电流逐渐衰减,经过150ms左右,电机进入新的稳定运行状态;电压跌落恢复时,定子电流也出现了较大的上升,同样转子Crow bar电路投入工作,经过约150m s后,双馈机组恢复至额定运行状态。从试验波形可见,定子电流在暂态过程中包含直流成分,直流成分逐步衰减。由图6(b)可见,电网电压跌落期间,直流侧电压出现了上升,主要是跌落恢复时上升较明显,在直流侧电压外环的调节作用下,网侧变流器的输入电流降低,之后直流侧电压与输入电流均逐步恢复至额定值。由于直流侧电压上升幅度较小,没有达到投入直流侧卸荷电路的上限电压,因此直流侧卸荷电路并未动作。 792高电压技术2010,36(3) 图5 双馈机组低电压穿越试验结构图 Fig .5 LVRT experimental configuration of DFIG wind turbine 图6 双馈机组20%-200ms 电压跌落试验波形Fig .6 Experimental waveforms of 20%-200ms voltage sags 图7 双馈机组20%-1s 电压跌落试验波形Fig .7 Experimental wavefo rms of 20%-1s voltage sags 由图7(a )可见,跌落持续时间为1s ,定子电流的暂态过程发生在电压跌落发生及恢复时,过渡过 793 电网运行与安全胡书举,赵栋利,赵 斌,等.双馈风电机组低电压穿越特性的试验研究 程时间均在200m s以内,暂态过程波形与图6(a)相似,定子出现了过电流,但在转子C row bar电路的作用下,定子电流可以保持在安全范围内,经过一定延时后可以重新进入稳定状态。由图7(b)可见,当电压跌落持续时间较长时,跌落恢复时直流侧电压出现了较大上升,达到了投入直流侧卸荷电路的上限电压,因此触发了直流侧卸荷电路投入工作,之后直流侧电压快速降低,低于下限电压后切出运行;表明了直流侧卸荷电路可以有效抑制直流侧过电压,能够辅助转子Crow bar电路实现双馈风电机组的低电压穿越功能,提高机组运行的可靠性。 4 结语 通过仿真和试验验证了双馈风电机组采用转子C row bar电路和直流侧卸荷电路,并采用合适的控制策略,可以有效抑制电压跌落期间出现的电机定转子过电流以及变流器直流侧过电压,从而有效地对电机和变流器进行保护,并实现双馈机组的低电压穿越能力。从仿真和试验波形可见,电压跌落发生期间,除去暂态过程外,变流器具备对电机的控制能力,此时可以增加无功功率控制措施,在电网电压跌落期间向电网快速提供无功功率支持。双馈风电机组的无功支持能力将在后续的研究中继续进行,并拟在1.5MW双馈风电机组上进行低电压穿越和无功支持能力的试验验证。 参考文献 [1]Lim a F K A,Luna A,Rodriguez P,et al.Rotor voltage dy- namics in the doubly-fed indu ction generator during grid faults [J].IEEE T rans on Pow er E lectronics,2009,25(1):118-130. [2]胡书举,李建林,许洪华.直驱风电系统变流器建模和跌落特性 仿真[J].高电压技术,2008,34(5):949-954. H U S hu-ju,LI Jian-lin,XU H ong-hua.M odeling on converters of direct-driven w ind pow er sys tem and its performance during voltage sag s[J].High Voltage E ngineering,2008,34(5):949-954. [3]杨 琦,张建华,李卫国.电力系统接入风电场后的暂态稳定分 析[J].高电压技术,2009,35(8):2042-2047. YANG Qi,ZHANG Jian-h ua,LI W ei-guo.Analysis on transi-en t s tability of integ ration of wind farm s into pow er system s[J]. H igh Voltage E ngineering,2009,35(8):2042-2047. [4]薛迎成,邰能灵,刘立群,等.双馈风力发电机参与系统频率调 节新方法[J].高电压技术,2009,35(11):2839-2845. XUE Ying-cheng,T AI Neng-ling,LIU Li-qun,et al.New method of sys tem frequency regulation w ith dou bly fed induction generator(DFIG)[J].High Voltage Engineerin g,2009,35 (11):2839-2845. [5]张学广,徐殿国.电网对称故障下基于active crow bar双馈发电 机控制[J].电机与控制学报,2009,13(1):99-103. ZHANG Xue-guang,XU Dian-guo.Res earch on con trol of DFIG w ith active crowb ar u nder symmetry voltage fault condi- tion[J].Electric M achines and C on trol,2009,13(1):99-103. [6]姚兴佳,田 雷,邢作霞.双馈风力发电机组的动态模型仿真 [J].沈阳工业大学学报,2009,31(3):271-276. YAO Xing-jia,TIAN Lei,XING Zuo-xia.Dyn amic m odel sim-u lation of doubly-fed wind tu rbines[J].Journal of Shenyang U-niversity of T ech nology,2009,31(3):271-276. [7]Abdel-Baqi O,Nasiri A.A dynamic LVRT solution for dou bly- fed induction generators[J].IEEE T rans on Pow er Electronics, 2009,25(1):193-196. [8]Pen g Ling,Francois B,Li Yongdong.Im proved crow bar con trol s trategy of DFIG b ased w ind turbines for g rid fault ride-through [C]∥2009Tw enty-Fourth An nual IEEE Applied Pow er E lec- tronics Conference and Exposition,APEC2009.Washington DC,US A:IEE E,2009:1932-1938. [9]胡家兵,孙 丹,贺益康,等.电网电压骤降故障下双馈风力发 电机建模与控制[J].电力系统自动化,2006,30(8):21-26. H U Jia-bing,SUN Dan,H E Yi-kang,et al.M odeling and con- trol of DFIG w ind energy generation sy stem u nder g rid voltage dip[J].Automation of Electric Power Sys tems,2006,30(8): 21-26. [10]杨淑英.双馈型风力发电变流器及其控制[D].合肥:合肥工 业大学,2007. YANG Shu-ying.Converter and control for doubly fed induc- tion gen erator based w ind pow er generation[D].H efei:H efei University of Technology,2007. [11]姚 骏,廖 勇.电网短路时交流励磁风电机组网侧变换器控 制策略[J].电力系统自动化,2008,32(12):83-88. YAO Jun,LIAO Yong.A control strategy of grid side con- verter for AC excited wind turbine under grid short circuit fau lt [J].Automation of Electric Pow er Sys tems,2008,32(12): 83-88. [12]M uyeen S M,Takah as hi R,M urata T,et al.Low voltage ride through capabil ity enhancemen t of w ind tu rbine generator sys- tem during netw ork dis tu rbance[J].IE T Renew able Pow er Generation,2009,3(1):65-74. [13]赵栋利,郭金东,许洪华.变速恒频双馈风力发电机有功、无功 解耦控制研究与实现[J].太阳能学报,2006,27(2):174-179. ZH AO Dong-li,GUO Jin-dong,XU H ong-hua.Th e stu dy and realization on the decou ping con trol of active and reactive pow er of a variable-speed constan t-frequency d oub ly-fed induction generator[J].Acta Energiae Solaris Sinica,2006,27(2):174- 179. [14]Han Aoyang,Zhang Zh e,Yin Xian ggen,et al.Study of the factors affected the rotor over-cu rrent of DFIG during the three-phase voltage dip[C]∥2008Third International Confer- ence on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Pow er T echnologies,DRPT2008.Nanjing,China,2008: 2647-2652. [15]M orren J,de H aan S W H.Short-circuit cu rren t of w ind tu r- bines w ith doubly fed induction generator[J].IEEE T rans on Energy Conversion,2007,22(1):174-180. [16]胡书举.一种新型风力发电用电压跌落发生器的研制[J].大 功率变流技术,2009(6):1-5. H U Sh u-ju.Development of the n ovel voltage sag generator for wind p ow er system[J].High Pow er Converter Tech nology, 2009(6):1-5. 794高电压技术2010,36(3) H U Shu-ju Ph.D.胡书举 1978—,男,博士,助理研究员 在西安交通大学获本科和硕士学位,在中国科学院电工研究所可再生能源发电研究发展中心获博士学位,博士毕业留所。目前主要从事永磁直驱和双馈风电机组变流器、电机控制和低电压穿越等方向的研究。参与的项目主要有:863探索导向项目(风电机组低电压穿越特性研究);中国科学院电工研究所所长基金项目(永磁直驱风电变流器 及其低电压运行特性的研究)等电话:(010)82547030 E-mail:h ushu ju@mail.iee.ac. cn XU Hong-hua Profess or 许洪华 1967—,男,研究员,博导 研究方向为风力发电、光伏发电与电力电 子技术 收稿日期 2009-12-16 修回日期 2010-02-27 编辑 严 梦 795 电网运行与安全胡书举,赵栋利,赵 斌,等.双馈风电机组低电压穿越特性的试验研究 双馈感应异步风电机组的撬杠保护（Crowbar） 双馈感应风力发电机的定子绕组与电网直接相连，因而只能通过对转子侧变流器的控制实现对发电机的部分控制。当因电网短路故障或雷击造成风电机组接入点发生电压跌落时，将引起转子电流增大，严重时将引起转子侧变流器过流或变流器直流侧电容过压。由于四象限变流器中的电力电子器件的耐压和过流能力相对较小，为防止过压或过流对转子侧变流器所造成的危害，通常在转子侧安装撬杠（Crowbar）保护电路对变流器进行保护[1]。 Crowbar的基本原理为：当检测到转子绕组电流超过所整定阈值时，Crowbar保护动作，将短接双馈感应发电机的转子绕组，切除转子侧变流器，达到保护转子变流器的目的。此时双馈感应发电机将从双馈调速运行状态过渡到笼形异步电机不可控运行状态[1]。 Crowbar保护电路可以分为被动式保护电路和主动式保护电路[1]。 1.被动式Crowbar保护电路 对图4-17a所示的被动式Crowbar保护电路采用两个晶闸管反并联形成晶闸管对的形式，当电网发生故障引起转子电路过电流或过电压时，通过触发晶闸管使其导通，使双馈电机转子构成封闭的回路，此时转子侧变流器停止工作，起到保护变流器的作用。同样，晶闸管Crowbar保护电路也可以通过二极管整流桥与直流短路晶闸管共同构成，如图4-17b所示。 通过晶闸管的触发使其导通，同样可以获得等效短路双馈电机转子电路，以起到对双馈电机转子侧变流器进行保护的功能。有时也在晶闸管Crowbar保护短路回路中串入电阻以加速双馈电机转子电流的衰减，缩短过渡过程所需的时间。 对于图4-17b所示的晶闸管被动式Crowbar保护电路，由于双馈电机多运行于同步转速附近，转子侧频率通常较低，一旦Crowbar保护动作则难以关断，因此这种基于晶闸管的被动式Crowbar保护电路，通常需要双馈电机的定子从电网脱开且等双馈电机转子电流衰减殆尽后，晶闸管恢复到其阻断状态，待条件允许的情况下双馈电机重新执行并网操作。 a) b) 图4-17 被动式Crowbar保护电路 a)反并联式b)整流桥式 2.主动式Crowbar保护电路 主动式Crowbar保护电路如图4-18所示。图4-18a为通过可关断器件的反并联连接，在电网发生故障需要保护转子侧变流器时将转子回路经过旁路电阻Rc短路。图4-18b所示主动式Crowbar保护电路，在需要对转子变流器进行保护时，通过二极管整流桥和可关断器件将旁路电阻Rc等效接入双馈感应发电机转子回路中。 双馈式风力发电机 【摘要】随着地球能源的日益紧缺，环境污染的日益加重，风能作为可再生绿色能源越来越被人们重视，风力发电技术成为世界各国研究的重点。变速恒频发电技术是一种新型风力发电技术，其主要优点在于风轮以变速运行。通过调节发电机转子电流的大小、频率和相位，从而实现转速的调节。而其中双馈发电机构成的风力发电系统已经成为目前国际上风力发电的必然趋势。 关键词：风能风力发电变速恒频双馈式发电机 一、风力发电 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。 风力发电：把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。 风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；中国也在西部地区大力提倡。我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。 风力发电的原理：是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13~25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。 风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。 风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。（现在还有一些垂直风轮，s型旋转叶片等，其作用也与常规螺旋桨型叶片相同） L11483 光伏电站低电压穿越技术要求与实现 () 摘要：针对大型光伏电站在电网扰动或故障时突然脱网给电网带来的不利影响，提出了一种基于光伏逆变器的光伏电站低电压穿越控制策略，并进行仿真分析。结果表明该方法能够保证光伏逆变器在电网电压跌落时不过流，同时能够发出一定的无功功率以支撑并网点电压，具备低电压穿越的能力。 关键词：光伏电站；低电压穿越；电压跌落；无功输出 Requirements and Achievements of the Low Voltage Ride Through Technologies for PV Power Station (a) Abstract:A strategy of Low V oltage Ride Through (LVRT) technologies for PV power station based on PV inverter is proposed to solve the negative effect when Large PV power station is disconnected to the grid suddenly under the conditions of grid disturbance or fault. The simulation results show that the strategy can make the AC currents of the PV inverter under maximum value permitted. And the PV inverter can sent out reactive power to support the voltage of PCC, so it possesses the ability of LVRT. Key words: PV power station; LVRT; voltage dip; reactive power output 0 引言 当前光伏发电已成为太阳能资源开发利用的重要形式，其中大型光伏电站的接入，将对电网的安全稳定运行产生深刻影响，特别是在电网故障时光伏电站的突然脱网会进一步恶化电网运行状态，带来更加严重的后果[1-2]。 当光伏电站渗透率较高或出力加大时，电网发生故障引起光伏电站跳闸，由于故障恢复后光伏电站重新并网需要时间，在此期间引起的功率缺额将导致相邻的光伏电站跳闸，从而引起大面积停电，影响电网安全稳定运行[3]。因此，亟须开展大型光伏电站低电压穿越技术的研究，保障光伏电站接入后电网的安全稳定运行。 文献[4-6]主要分析了目前光伏电站实现低电压穿越的重要性和必要性。2010年12月，我国首套用于光伏电站低电压穿越现场测试的检测平台在国网电力科学研究院建成，表明我国重视光伏电站低电压穿越能力的研究与检测工作。然而，目前国内外的光伏电站几乎不具有低电压穿越的能力，对光伏电站低电压穿越关键技术的研究也很少。在新能源并网的低电压穿越方面，风电场的低电压穿越技术可为光伏电站低电压穿越技术提供借鉴。文献[7-9]集中分析了风电机组低电压穿越的结构和控制方法，可以采用增加硬件crowbar卸荷电路和不增加硬件的方式实现风电场低电压穿越。光伏电站与风电场相比，相同的是都通过电力电子器件并网，电力电子器件的耐受能力制约光伏电站的低电压穿越能力；不同的是光伏电站没有转动惯量，直流侧的电压在电网故障时不会像风电机组那样升高很多，制约光伏电站低电压穿越的瓶颈是逆变器交流侧输出电流的大小，若超过额定电流过大，则会损害电力电子器件。因此本文提出了一种基于光伏逆变器的光伏电站低电压穿越技术，在电网故障时能保持并网运行，并向电网输出一定的无功功率以支撑并网点电压，减少了因光伏电站的突然脱网而给电网带来的不利影响。 低电压穿越能力 低电压穿越能力（Low voltage ride through capability），就是指风力发电机的端电压 降低到一定值的情况下不脱离电网而继续维持运行,甚至还可为系统提供一定无功以帮助系 统恢复电压的能力。具有低电压穿越能力的风力发电机可躲过保护动作时间,故障切除后恢 复正常运行。这可大大减少风电机组在故障时反复并网次数,减少对电网的冲击。 具有低电压穿越能力可保证风电机组在电网故障电压降低的情况下 , 尽最大可能与电网连接 ,保持发电运行能力，减少电网波动。一般 230 kV 或更高电压等级线路的故障，在 6 个周波(120 ms)内被切除 ,电压恢复到正常水平的 15 %需要 100 ms ,恢复到正常水平的 75 %或者更高水平则需要1 s ，LVRT功能是要风电机组在故障电压短时间消失期间 ,保持持续运行的能力 ,如此后电压仍处在低压 ,风电机组将被低压保护装置切除。 低电压穿越能力的具体实现方式 目前实现低电压穿越能力的方案一般有三种：1).采用了转子短路保护技术，2).引入新型拓扑结构，3）.采用合理的励磁控制算法。 1、转子短路保护技术（crowbar电路） 这是目前一些风电制造商采用得较多的方法，其在发电机转子侧装有crowbar电路，为转子侧电路提供旁路，在检测到电网系统故障出现电压跌落时，闭锁双馈感应发电机励磁变流器，同时投入转子回路的旁路（释能 电阻）保护装置,达到限制通过励磁变流器的电流和转子绕组过电压的作用，以此来维持发电机不脱网运行（此时双馈感应发电机按感应电动机方式运行）。 2、新型拓扑结构包括以下几种：1).新型旁路系统 2).并联连接网侧 变流器 3).串联连接网侧变流器 3、采用新的励磁控制策略 从制造成本的角度出发，最佳的办法是不改变系统硬件结构，而是通 过修改控制策略来达到相同的低电压穿越效果：在电网故障时，使发电机 能安全度越故障，同时变流器继续维持在安全工作状态。 双馈风电机组与永磁直驱机组对比 发表时间：2019-03-14T16:13:57.780Z 来源：《建筑模拟》2018年第34期作者：李兵[导读] 清洁能源在电力系统中的大规模利用，使得风电机组在电网中的占比日益扩大，其运行特性极大地影响电力系统的运行稳定性.本文分析了双馈变速与直驱同步风电机组的结构特点。 李兵 辽宁大唐国际新能源有限公司辽宁沈阳 110000 摘要：清洁能源在电力系统中的大规模利用，使得风电机组在电网中的占比日益扩大，其运行特性极大地影响电力系统的运行稳定性.本文分析了双馈变速与直驱同步风电机组的结构特点。 关键词：电力系统；风力机组；永磁直驱机 风力发电机组主要包括变频器、控制器、齿轮箱，发电机、主轴承、叶片等部件，在这些部件中发电机目前国产化程度最高，它的价格约占机组的10%左右。发电机主要包括两种机型：永磁同步发电机和异步发电机。永磁同步发电机低速运行时，不需要庞大的齿轮箱，但机组体积和重量都很大，1.5MW的用词直驱发电机机舱会达到5米，整个重量达80吨。同时，永磁直驱发电机的单价较贵，技术复杂，制造困难，但是这种机型的优点是少了个齿轮箱，也就少了个故障点。异步发电机是由风机拖动齿轮箱，在带动异步发电机运行，因为叶片速度很低，齿轮箱可以变速100倍，以让风机在额定转速下运行，目前流行的是双馈异步发电机，主要有1.25MW\1.5MW\2MW三种机型，异步发电机组的机组单价低，技术成熟，国产化高。 一、双馈风力发电系统 双馈风力发电机组的控制核心是通过变流器对双馈发电机转子电流（频率、幅值、相位）的控制，以达到与风电机组机械部分运行特性匹配、提高风能的利用效率及改善供电质量的目的。 1、双馈变速恒频型风力发电机组的风轮叶片桨距角可以调节，同时发电机可以变速，并输出恒频恒压电能； 2、在低于额定风速时，他通过改变转速和叶片桨距角使风力发电机组在最佳叶尖速比下运行，输出最大的功率； 3、在高风速时通过改变叶片桨距角使风力发电机组功率输出稳定在额定功率。 双馈风力发电系统主要由叶片、增速齿轮箱、双馈发电机、双向变流器和控制器组成。双馈式风力发电机组将风轮吸收的机械能通过增速机构传递到发电机，发电机将机械能转化为电能，通过发电机定子、转子传送给电网。发电机定子绕组直接和电网连接，转子绕组和变频器相连。变频器控制电机在亚同步和超同步转速下都保持发电状态。在超同步发电时，通过定转子两个通道同时向电网馈送能量，双馈式风力发电机在亚同步和超同步转速下都可发电。故称双馈技术主要特点 发电机采用绕线式异步电机，定子直接与电网相连，转子侧通过变流器与电网相连。当双馈发电机的负载和转速变化时，通过调节馈入转子绕组的电流，不仅能保持定子输出的电压和频率不变，而且还能调节双馈发电机的功率因数。 1发电机转子侧变流器功率仅需要25%～30%的风机额定功率，大大降低了变流器的造价； 2发电机体积小、运输安装方便、成本低； 3可承受电压波动范围：额定电压±10%； 4网侧及直流侧滤波电感、电容功率相应缩小，电磁干扰也大大降低； 5可方便地实现无功功率控制。 主要缺点 1需要采用双向变频器，变速恒频控制回路多，控制技术复杂，维护成本高 2发电机需安装集电环和刷架系统，且须定期维护、检修或更换随着风电机组单机容量的增大，双馈型风电系统中齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出，于是没有齿轮箱而将主轴与低速多极同步发电机直接连接的直驱式布局应运而生；从中长期来看，直驱型和半直驱型传动系统将逐步在大型风电机组中占有更大比例，另外，在传动系统中采用集成化设计和紧凑型结构是未来大型风电机组的发展趋势。在大功率变流技术和高性能永磁材料日益发展完善的背景下，大型风电机组越来越多地采用pmsg（无功控制和低电压穿越能力），pmsg不从电网吸收无功功率，无需励磁绕组和直流电源，也不需要滑环碳刷，结构简单且技术可靠性高，对电网运行影响小。Pmsg与全功率变流器结合可以显著改善电能质量，减轻对低压电网的冲击，保障风电并网后的电网可靠性和安全性，与双馈型机组相比，全功率变流器更容易实现低电压穿越等功能，更容易满足电网对风电并网日益严格的要求。 二、直接驱动型风力发电系统 典型的永磁直驱型变速恒频风力发电系统，包括永磁同步发电机（pmsg）和全功率背靠背双pwm变流器，无齿轮箱。Pmsg通过全功率变流器直接与电网连接，通常极对数较多，低转速，大转矩，径向尺寸较大，轴向尺寸较小，呈圆环状；由于省去了齿轮箱，从而简化了传动链，提高了系统效率，降低了机械噪声，减小了维修量，提高了机组的寿命和运行可靠性；发电机通过变流器与电网隔离，因此其应对电网故障的能力更强，但是变流器容量较大，损耗较大，变流器的成本较高。 光伏并网逆变器低电压穿越 低电压穿越：当电网故障或扰动引起逆变器并网点的电压跌落时，在电压跌落的范围内，光伏发电机组能够不间断并网运行。 对专门适用于大型光伏电站的中高压型逆变器应具备一定的耐受异常电压的能力，避免在电网电压异常时脱离，引起电网电源的不稳定。逆变器交流侧电压跌至20％标称电压时，逆变器能够保证不间断并网运行1s；逆变器交流侧电压在发生跌落后3s内能够恢复到标称电压的90％时，逆变器能够保证不间断并网运行。对电力系统故障期间没有切出的逆变器，其有功功率在故障清除后应快速恢复，自故障清除时刻开始，以至少10％额定功率/秒的功率变化率恢复至故障前的值。低电压穿越过程中逆变器宜提供动态无功支撑。 并网点电压在图1中电压轮廓线及以上的区域内时，该类逆变器必须保证不间断并网运行；并网点电压在图1中电压轮廓线以下时，允许停止向电网线路送电。 菊水皇家电网模拟器能协助逆变器厂家研发生产PVS7000电网模拟器 产品特点 ================================================================================= ==== ■三相电压独立可调，相位角独立可调； ■LIST,STEP两大模式，可执行30组不同电压、频率、时间的设定，并可连续作循环测试。运行时间最短可以设定10ms，可用于模拟电网测试，实现电压、频率渐变，步阶功能，轻易完成低电压穿越试验；■具有主动式PFC，可做低电压穿越实验， ■具有同步触发功能，可方便精准的进行低电压穿越试验，波形如下图： ■可做过/欠压，过/欠频实验； ****电厂 给煤机/空气预热器变频器低电压穿越改造方案 目录 一、火力发电厂给煤/粉机及空预器系统现状分析 (2) 二、网源协调对火电厂关键辅机变频器低穿能力要求 (4) 三、电厂关键辅机变频器低穿能力梳理核查 (6) （一）厂用负荷分类 (6) （二）厂用负荷继电保护动作特性 (6) （三）厂用负荷变频器低穿能力要求原则 (7) （四）低电压对现有厂用负荷的影响分析 (7) 四、技术改造方案 (9) （一）大惯性类负荷变频器 (9) （二）给煤机、给粉机类负荷变频器 (9) （三）各种技术方案特点及对比分析 (12) 五、SCS-230火电机组辅机电源控制系统 ................................................. 错误！未定义书签。 （一）系统原理..................................................................................... 错误！未定义书签。 （二）系统特性..................................................................................... 错误！未定义书签。 （三）支撑方式..................................................................................... 错误！未定义书签。 （四）SCS-230火电机组辅机电源控制系统两种技术方案.............. 错误！未定义书签。 （五）检验方法..................................................................................... 错误！未定义书签。 （六）SCS-230火电机组辅机电源控制系统检测报告...................... 错误！未定义书签。 一种双馈型风电机组整机控制系统，其特征在于：包括机舱控制子系统17和塔基子系统18组成，两个子系统之间主要利用以太网交换机14和15通过以太网(光纤介质)进行信息交换，并与SCADA远程监控系统19之间通过Internet(光纤介质)进行信息交换。在机舱控制子系统17和塔基子系统18中均设有界面一致的操作控制屏，操作控制屏通过RS232接口与控制器进行信息交换，以方便各系统的功能调试和整机在现场的运行维护。 权利要求书 1.一种双馈型风电机组整机控制系统，其特征在于：包括机舱控制子系统和塔基子系统组成，两个子系统之间主要利用以太网交换机通过以太网进行信息交换，并与远程监控系统之间通过Internet进行信息交换；在机舱控制子系统和塔基子系统中均设有界面一致的操作控制屏，操作控制屏通过RS232接口与控制器进行信息交换。 2.如权利要求1所述的双馈型风电机组整机控制系统，其特征在于：所述的机舱控制子系统 内有机舱控制器；机舱控制器通过以太网分别与塔基控制子系统和远程监控系统进行数据交换；另外，机舱控制器还分别通过RS485或RS232接口与风速仪和操作控制屏通信，并通过直接的I/O通道与现场传感器和控制设备接口；在机舱控制器旁还通过CS31总线与扩展I/O模块通信；机舱控制器通过Ethernet与太网交换机通信连接。 3.如权利要求2所述的双馈型风电机组整机控制系统，其特征在于：所述的塔基控制子系统实现塔基状态信号的采集与监视，并通过以太网与机舱控制子系统进行数据交换；塔基控制子系统通过以太网交换机与机舱控制子系统和SCADA远程监控系统相连；通过RS232接口与操作控制屏通信；在塔基控制子系统内分别设有塔基控制器和路由器防火墙，塔基控制器和路由器防火墙均通过Ethernet与以太网交换机通信连接；塔基控制器通过RS232接口与显示器进行信息交换，并通过直接的I/O单元场传感器和控制设备接口；路由器防火墙通过Modem与Internet进行信息交换。 4.如权利要求1所述的双馈型风电机组整机控制系统，其特征在于：所述的远程监控系统包括一个城市办公室和一个风电场控制室，城市办公室通过Internet与塔基控制子系统的Modem 通信，进行信息交换；风电场控制室也是通过Internet与塔基控制子系统的Modem通信，进行信息交换。 5.如权利要求1所述的双馈型风电机组整机控制系统，其特征在于：在以太网交换机设有接口，可以直接与手提电脑进行通信。 说明书 一种双馈型风电机组整机控制系统 技术领域 本技术新型涉及一种风力发电机的整机控制，尤其是指一种基于AC500控制器的兆瓦级双馈型风电机组整机控制系统，主要用来对兆瓦级双馈型风力发电机组进行整机控制。 1.引言： 风力发电机组主要包括变频器，控制器，齿轮箱（视机型而定），发电机，主轴承，叶片等等部件，在这些部件中发电机目前国产化程度最高，它的价格约占机组的10%左右。发电机主要包 括2种机型：永磁同步发电机和异步发电机。永磁同步发电机低速运行时，不需要庞大的齿轮箱，但是机组体积和重量都很大，1.5MW 的永磁直驱发电机机舱会达到5米，整个重量达80吨。同时，永磁直驱发电机的单价较贵，技术复杂，制造困难，但是这种机型的优点是少了个齿轮箱，也就少了个故障点。异步发电机是由风机拖动齿轮箱，再带动异步发电机运行，因为叶片速度很低，齿轮箱可以变速100倍，以让风机在1500RPMF运行，目前流行的是双馈异步发电机，主要有1.25MV Y 1.5MV y 2MW三种机型，异步发电机的机组单价低，1KW大概需6000元左右，而且技术成熟，国产化高。 2.双馈异步发电机的原理： 所谓双馈，可以理解为定子、转子同时可以发出电能, 发电机原理理论上说只要有动力带动电动机，在电动机的定子侧就能直接发出电能。现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转矩（即风轮转动惯量），通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。双馈发电机正是由叶片通过齿轮箱 变速，带动电机高速旋转，同时转子接变频器，通过变频器PW M控制以达到定子侧输出相对完美正弦波，同时在额定转速下，转子侧也能同时发出电流，以达到最大利用风能效果。通俗的讲，就是要变频器控制转子电流，反馈到定子上面，保证定子发出相对完美的正弦无谐波电能，同时在额定转速下，转子也能发出功率出来。有个大致感觉是 1.5MW 发电机的定子发电量大概1200KV，转子大约300KV，转子侧发出的功率要在30%以下，总之越少越好这样可以让变频器功率小点。 3.双馈异步发电机的设计难点： 结构设计难点：因机舱封闭体积，风机运行环境非常恶劣，需要气温-30?55度之间正常运行，希望电机尺寸尽量小，风机对发电机重量有严格要求，部分厂家对转子转动惯量也有要求。发电机需要高速运行，但振速要小，通常要小于 2.8mm/s。此外对于水冷的电机入水温度较高，需要考虑维修和维护问题！比如轴承自动加油等！还有就是，整个发电机是倾斜运行的，大概4?5度的倾斜角度，这个在结构设计时候需要考虑??大家看到发电机的轴承就知道了。 电气设计难点：风机需要效率97%以上，由于转子绕组接变频 器，接变频器就会引发谐波电流，会引起铜耗，铁耗等！此外 定子转子承受很大冲击电压，提高绕组温升问题是优先考虑， 转子电流非常大，上千安培，滑环设计也是难点！电机会有轴 电流，需要考虑绝缘问题！同时高空运行需要防雷处理！转子 绕组线规非常大，成型困难！尽量控制转子输出功率尽量小于 30%，以缩小变频器的功率。 Introduction “变浆距风力机+双馈发电机”作为新型风力发电机组，是目前研究的热点，国内对双馈发电机的研究主要集中在单机建模、空载并网、柔性并网、并网后有功功率和无功功率的解耦控制、低电压穿越运行。风电场协调控制等方面。 双馈异步发电机其结构与绕线式异步电机类似，定子绕组接电网(或通过变压器接电网)，交流励磁电源给转子绕组提供频率、相位、幅值都可调节的励磁电流，从而实现恒频输出。交流励磁电源只需供给转差功率，大大减少了容量的需求。由于发电机的定、转子均接交流电（双向馈电），双馈发电机由此得名，其本质上是具有同步发电机特性的交流励磁异步发电机，双馈风力发电系统中转子侧交直交变流单元功率仅需要25％一40％的风力机额定功率，大大降低了功率变流单元的造价；双馈异步风力发电机体积小，运输安装方便，发电机成本较低。但双馈发电机由于使用定转子两套绕组，增加了发电机的维护工作量，还降低了发电机的运行可靠性。转子绕组承受较高的dv ／dt ，转子绝缘要求较高。对于有刷电机，当电网电压突然降低时，电流迅速升高，扭矩迅速增大，需经常更换发电机碳刷、滑环等易损耗部件。 1 变速恒频风力发电机组系统结构 1.1 风轮 风轮是吸收风能并将其转化成机械能的部件。风以一定速度和攻角作用在桨叶上，使桨叶产生旋转力矩而转动，将风能转变成机械能。自然界的风速不是恒定的，风力机获得的机械能是随风速的变化而不断变化。 由风力机的空气动力学特性可知，风力机输出机械功率的为P wt ,产生的气动转矩为T wt [1]。 231(,)2 wt p p C R v λβρπ= 230.5()wt wt T l p T v R C πρλ==Ω 其中，ρ为空气密度（kg/m 3），一般为1.25 kg/m 3；R 为风力机叶片的半径（m ）；v 为风速（m/s ）；l Ω为叶片旋转速度；C p 为风力机的功率系数，也称风能利用系数，是评价风力机效率的重要参数，C T 为风力机的转矩系数，由贝兹理论可知，一般C p =1/3 2/5，其理论极限值为0.593。它与风速、叶片转速、叶片直径、浆叶节距角均有关系，是叶尖速比λ和浆距角β的函数。 p T C C λ= 双馈风力发电机组 一前言 风力发电作为清洁、丰富、可再生能源，日益受到全世界广泛重视，特别是在近年得到了迅猛发展。当风流过风力机叶片，带动风力机转动时，风能转化为机械能，风力机又拖动发电机转子旋转，发电机向电网供电，机械能转化为电能。采用双馈绕线型异步发电机的变速恒频风力发电系统与传统的恒速恒频风力发电系统相比具有显著优势：风能利用系数高，不但能吸收由风速突变所产生的能量波动且避免主轴及传动机构承受过大的扭矩和应力，还可以自由调整有功和无功功率，改善系统的功率因数，可实现对频率和电压的方便调节等。目前，双馈风力发电技术是应用最为广泛的风力发电技术之一。 二双馈绕线型异步风力发电系统的组成 变速恒频VSCF(Variable Speed Constant Frequency)双馈绕线型异步风力发电系统主要由风力机、增速齿轮箱、双馈绕线型异步发电机 DFIG(Doubly-fed Induction Generator)、双向变频器和控制单元等组成。双馈发电机定子绕组接工频电网，转子绕组接“交—交”、“交—直—交”或“矩阵式”双向变频器，该变频器可实现对转子绕组的频率、相位、幅值和相序等调节控制。控制系统采用正弦波脉宽调制技术SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)和绝缘栅双极晶体管控制技术IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，可四象限运行，变速运行围一般在同步转速的±35 %左右。 费用低； (2)省去了增速用齿轮箱或仅需一级低速齿轮箱； (3)永磁同步发电机无需集电环和刷架系统，维护更加方便。 低电压穿越：当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行。 低电压穿越 英文:Low voltage ride through 缩写: LVRT 低电压穿越（LVRT），指在风力发电机并网点电压跌落的时候，风机能够保持 低电压穿越 并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间(区域)。LVRT是对并网风机在电网出现电压跌落时仍保持并网的一种特定的运行功能要求。不同国家(和地区)所 基本要求 对于风电装机容量占其他电源总容量比例大于5%的省（区域）级电网，该电网区域内运行的风电场应具有低电压穿越能力。 风电场低电压穿越要求 右图为对风电场的低电压穿越要求。 a) 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的能力； b) 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。 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： a) 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。 b) 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。 c) 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 低电压穿越 当前光伏发电已成为太阳能资源开发利用的重要形式，其中大型光伏电站的接入，将对电网的安全稳定运行产生深刻影响，特别是在电网故障时光伏电站的突然脱网会进一步恶化电网运行状态，带来更加严重的后果。 当光伏电站渗透率较高或出力加大时，电网发生故障引起光伏电站跳闸，由于故障恢复后光伏电站重新并网需要时间，在此期间引起的功率缺额将导致相邻的光伏电站跳闸，从而引起大面积停电，影响电网安全稳定运行[3]。因此，亟须开展大型光伏电站低电压穿越技术的研究，保障光伏电站接入后电网的安全稳定运行。 一、低电压穿越使用条件 1、环境条件 a) 户外环境温度要求：－40℃~ 50℃； b) 户外环境湿度要求：0~90% ； c) 海拔高度： 0~2000米（如果超过2000米，需要提前说明）。 2、低电压穿越安装方式：标准海运集装箱内固定式安装。 3、储存条件 a）环境温度－50℃～50℃； b）相对湿度 0～95% 。 4、低电压穿越工作条件 a) 环境温度－40 oC～40oC； b) 相对湿度 10%～90%，无凝露。 5、低电压穿越电力系统条件 a) 电网电压最高额定值为35kV，电压运行范围为31.5kV~40.5kV；同时也可以同时满足10kV\20kV电网电压的试验检测。 b) 电网频率允许范围：48~52Hz； c) 电网三相电压不平衡度：<= 4%； d) 电网电压总谐波畸变率：<= 5%。 6、低电压穿越负载条件 负载包括直驱或双馈式等风力发电机组，其总容量不大于6.0MVA。其控制和操作需要满足国家关于风电机组电电压穿越测试与光伏发电站的相关测试规程技术要求。 本检测平台能够同时满足同等条件下光伏电站或光伏逆变器的低电压穿越能力测试。 7、低电压穿越接地电阻：<=5Ω。 二、低电压穿越技术要求 光伏电站低电压穿越技术（Low Voltage Ride Through，LVRT）是指当电网故障或扰动引起的光伏电站并网点电压波动时，在一定的范围内，光伏电站能够不间断地并网运行。 2010年底，国家电网公司出台的《光伏电站接入电网技术规定》（企标）明确指出[10]，“大中型光伏电站应具备一定的低电压穿越能力；电力系统发生不同类型故障时，若光伏电站并网点考核电压全部在图中电压轮廓线及以上的区域内 主讲人：aser 关键词：双馈异步风力发电机 协助讨论： Edwin_Sun lidb856 pat baizengchen g zslzsl xfq7111 wayne 会议摘要： 1. 引言： 风力发电机组主要包括变频器，控制器，齿轮箱（视机型而定），发电机，主轴承，叶片等等部件，在这些部件中发电机目前国产化程度最高，它的价格约占机组的10%左右。发电机主要包括2种机型：永磁同步发电机和异步发电机。永磁同步发电机低速运行时，不需要庞大的齿轮箱，但是机组体积和重量都很大，1.5MW的永磁直驱发电机机舱 会达到5米，整个重量达80吨。同时，永磁直驱发电机的单价较贵，技术复杂，制造困难，但是这种机型的优点是少了个齿轮箱，也就少了个故障点。异步发电机是由风机拖动齿轮箱，再带动异步发电机运行，因为叶片速度很低，齿轮箱可以变速100倍，以让风机在1500RPM下运行，目前流行的是双馈异步发电机，主要有1.25MW，1.5MW，2MW三种机型，异步发电机的机组单价低，1KW大概需6000元左右，而且技 术成熟，国产化高。 2.双馈异步发电机的原理： 所谓双馈，可以理解为定子、转子同时可以发出电能，发电机原理理论上说只要有动力带动电动机，在电动机的定子侧就能直接发出电能。现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转矩（即风轮转动惯量），通过主轴传动链，经过齿轮箱增速 到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。双馈发电机正是由叶片通过齿轮箱变速，带动电机高速旋转，同时转子接变频器，通过变频器PWM控制以达到定子侧输出相对完美正弦波，同时在额定转速下，转子侧也能同时发出电流，以达到最大利用风能效果。通俗的讲，就是要变频器控制转子电流，反馈到定子上面，保证定子发出相对完美的正弦无谐波电能，同时在额定转速下，转子也 能发出功率出来。有个大致感觉是 1.5MW发电机的定子发电量大概1200KW，转子大约300KW，转子侧发出的功率要在30%以下，总之越少越好这样可以让变频器功率小点。 3. 双馈异步发电机的设计难点： 结构设计难点：因机舱封闭体积， 低电压穿越技术规范书 1 总则 1.1低电压穿越技术规范书适用于光伏发电站并网验收、风电场接入并网验收、光伏逆变器型 式试验、风力发电机组的低电压穿越检测平台，包括主要设备及其辅助设备的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求。 1.2低电压穿越技术规范书要求该检测平台能够同时满足现场安装在风电场的单台风电机组低 电压穿越能力检测，满足光伏发电站并网接入验收的低电压穿越能力检测，满足光伏逆变器与风电发电机组的型式试验的低电压穿越试验检测。 1.3低电压穿越技术规范书所提出的是最低限度的技术要求,并未对一切技术细节做出规定,也 未充分引述有关标准和规范的条文。供方应保证提供符合本规范书和工业标准的优质产品。 2 低电压穿越技术使用条件 2.1低电压穿越技术环境条件 a) 户外环境温度要求：－40℃~ 50℃； b) 户外环境湿度要求：0~90% ； c) 海拔高度：0~2000米（如果超过2000米，需要提前说明）。 2.2安装方式：标准海运集装箱内固定式安装。 2.3储存条件 a）环境温度－50℃～50℃； b）相对湿度0～95% 。 2.4低电压穿越技术工作条件 a) 环境温度－40 oC～40oC； b) 相对湿度10%～90%，无凝露。 2.5低电压穿越技术电力系统条件 a) 电网电压最高额定值为35kV，电压运行范围为31.5kV~40.5kV；同时也可以同时满足 10kV\20kV电网电压的试验检测。 b) 电网频率允许范围：48~52Hz； c) 电网三相电压不平衡度：<= 4%； d) 电网电压总谐波畸变率：<= 5%。 2.6负载条件 负载包括直驱或双馈式等风力发电机组，其总容量不大于6.0MVA。其控制和操作需要满足国家关于风电机组电电压穿越测试与光伏发电站的相关测试规程技术要求。 本检测平台能够同时满足同等条件下光伏电站或光伏逆变器的低电压穿越能力测试。 2.7接地电阻：<=5Ω。 3低电压穿越技术检测平台的技术要求 3.1 结构及原理要求 根据模拟实际电网短路故障的要求，测试系统须采用阻抗分压方式，原理如下图1所示(以实际为准)。测试系统串联接入风电机组出口变压器高压侧(35kV、20 kV、10 kV侧)。 图1 低电压穿越技术测试系统原理图 3.2 测试系统功能要求 （1）整体要求 ?测试系统紧凑式安装； ?任何测试引起的测试系统电网侧电压波动均小于5%Un； ?测试接入系统电压等级：适用于35kV系统，如果需要可考虑兼容10kV系统； 风力发电机组控制系统 风力发电机组控制系统功能研究 风力发电机组控制系统简介 风力发电机组由多个部分组成，而控制系统贯穿到每个部分，其相当于风电系统的神经。因此控制系统的质量直接关系到风力发电机组的工作状态、发电量的多少以及设备的安全性。 自热风速的大小和方向是随机变化的，风力发电机组的并网和退出电网、输入功率的限制、风轮的主动对封以及运行过程中故障的检测和保护必须能够自动控制。同时，风力资源丰富的地区通常都是边远地区或是海上，分散布置的风力发电机组通常要求能够无人值班运行和远程控制，这就对风力发电机组的控制系统的自动化程度和可靠性提出了很高的要求。与一般的工业控制过程不同，风力发电机组的控制系统是综合性控制系统。他不仅要监视电网、风况和机组运行参，对机组进行控制。而且还要根据风速和风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率。 控制系统的组成 风力发电机由多个部分组成，而控制系统贯穿到每个部分，相当于风电系统的神经。因此控制系统的好坏直接关系到风力发电机的工作状态、发电量的多少以及设备的安全。目前风力发电亟待研究解决的的两个问题：发电效率和发电质量都和风电控制系统密切相关。对此国内外学者进行了大量的研究，取得了一定进展，随着现代控制技术和电力电子技术的发展，为风电控制系统的研究提供了技术基础。 风力发电控制系统的基本目标分为三个层次：这就是保证风力发电机组安全可靠运行，获取最大能量，提供良好的电力质量。 控制系统组成主要包括各种传感器、变距系统、运行主控制器、功率输出单元、无功补偿单元、并网控制单元、安全保护单元、通讯接口电路、监控单元。具体控制内容有：信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、自动最 浅谈风电场涉网性能 ——低电压穿越性能 编制：韩树才 项目：中宁天润项目 提交时间：2014-12-24 部门：宁夏事业部 摘要 随着风力发电技术的迅速发展和其装机容量的不断增大，风力发电技术面临着提高电能质量和电网稳定性的严峻挑战。当电网发生故障导致电压跌落时，若风电机组不具备低电压穿越能力将会从电网切除，风电机组的大面积切机不仅将对电网稳定性造成巨大影响，而且还会对风机本身产生影响，因此风电机组具备较高的低电压穿越能力很重要。 关键词：风电场；电流保护；低电压穿越；集电线 目录 摘要 (2) 一、风电场低电压穿越简述 (3) （一）风电场低电压穿越能力基本概念 (4) （二）风电场低电压穿越能力评估 (4) （三）风电场低电压穿越面临的问题 (5) 二、风电场机组配置及特性改进 (8) （一）风电场电气结构保护配置 (8) 三结束语 (9) 参考文献 (10) 一、风电场低电压穿越简述 （一）风电场低电压穿越能力基本概念 大容量风电场并网必须具备一定的低电压穿越能力（英文缩写 LVRT），在电网故障等紧急情况下提供一定的电压和无功支撑。如出现过电压、过电流或转速上升等，严重危害风机本身及其控制系的安全运行；当电压无法恢复时，风电机组将会实施被动式自我保护解列，从电网中切除，从而更大地增加整个系统的恢复难度，甚至可能加剧故障，最终导致整个电网瘫痪。因此必须采取有效的低电压穿越措施，以维护风场电网的稳定和提高电能传输效率。低电压穿越能力主要体现在两个关键指标上：电压跌落幅值和持续时间。 电压跌落幅值：电网中严重的电压跌落基本上都是由系统故障引起的，继电保护将检测电压跌落的幅值并判断是否动作跳闸，直接决定电压跌落的持续时间，从而影响对并网风电场的低电压穿越能力要求如果能有效地辨识风电场并网处母线电压跌落的危害程度，自适应调整故障间隔的保护控制策略，将有效地整体降低健全间隔上风电机组感受到的电压跌落持续时间，从而提高风电场低电压穿越能力； 持续时间：利用电容器的瞬间对大电感放电当电流达到峰值时，使电流延续通过，从而达到较长的放电时间，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时段，提高风电场的整体平稳运行能力。 因此，有必要将风电场低电压穿越能力规范要求引入到继电保护的动作特性中，研究改进风电场集电线路继电保护的动作特性，降低对并网风电机组拖网风险。（二）风电场低电压穿越能力评估 国家电网公司于2009年颁布《风电场接入电网技术规定》，规定风电场低电压穿越要求如图1所示，其关键点为：并网点电压跌落至额定电压的20％时，风电机组必须保持运行0.625ｓ；当并网点电压为额定电压的90％时，风电机组应稳定运行。考虑到风电机组输出功率的非突变性，将图１所示的低电压穿越能力规范反映到风电机组中，表现为低电压运行状态下的风电机组大电流输出能力要求，以维持风电机组输入、输出功率的平衡。 2MW风力双馈异步电动机的研究设计 摘要 对一个2 MW商业风力发电机的设计,验证了以两种连接方式为标准的双馈异步电机，它能使其低速范围向下延伸到80%，在电子变换器额定功率没有增加的情况下下滑。这远远超出了正常的30%的下限。较低的速度连接被称作异步发电机模式而机器的操作是在短路定子绕组转动和所有的功率流在转子回路中的情况下进行的。有两个回路逆变器控制系统方案已经被设计完毕并且在各自的模式中已调整性能。本文的目的是演示仿真结果,说明该控制器的动态性能均为 2 MW异步风力发电涡轮机的连接方法。当设计这样的先进的控制策略时，一个简单的对转子和对双馈连接模式电压的分析在演示时应作为一个优势部分被考虑进去。 关键词:双馈电机、异步发电机、风力发电设备 列出的重要标志 vrdq 直交和正交转子电压 irdq 直交和正交转子电流 λsdq 直交和正交定子磁链 Ps 定子有功功率 Qs 定子无功功率 pfs 定子功率因数 Te 转矩 p 微分算子 Lm 电抗引入 Rr 转子电阻 Lr 转子电抗引入 σ总漏电感 ωsf 频率 ‘s’定子简称 ‘r’转子简称 ‘*’参考值 1、介绍 对风力涡轮机的兴趣还在持续,尤其是那些拥有一个额定功率为许多兆瓦的。这个之所以流行主要是既环保,也有可用的化石燃料。所谓的立法鼓励减少碳足迹的地方,所以目前正在感兴趣的可再生能源。风力涡轮机仍然被看作是一种建立完善的技术,已形成从定速风力涡轮机,现在流行的调速技术基于双馈异步发电机(DFIGs)。一个双馈异步风力涡轮发电机的速度的变化与被控制的转子变频器的速度变化一致，使转子电压相位和大小得以调整以保持最佳扭矩和必要的定子功率因数。双馈异步发电机是目前技术发达,常用的风力涡轮机。一个双馈异步发电机的定子直接连接到有一个电力电子的转子变换器的高压电网上,该变换器在转子的转动和高压电网之间得到应用。这个变量速度范围与转子转换器的速率是成正比的因此其调速范围被限制在±30%。转子转换器只需要双馈异步发电机发出能量总量的30%的就能全面控制全部的发电机输出功率。这能导致显著的节省转子转换器的成本。滑动环连接,但必须保持转子绕组,性能安全可靠。电源发电机为2 MW风力汽轮机其速度特性如图1所示。 对于一个商业发电机来说其速度随风速变化,然而这种关系是设定的某一特定地点。当风速下降从风中提取的能量比损失在发电机和变频器中的少时，发电机的输出功率减少直至关闭，因此机器速度也会下降。一种操作模式已经由一个风力涡轮机制造者提出,他宣称延伸速度范围以便在较低的风速中提取的能量是比损双馈感应异步风电机组的撬杠保护(Crowbar)
双馈式风力发电机剖析
L11483 光伏电站低电压穿越技术要求与实现2
变频器低电压穿越能力
双馈风电机组与永磁直驱机组对比
光伏逆变器低电压穿越技术原理
电厂变频器低电压穿越改造方案
双馈型风电机组整机控制系统的制作流程
双馈异步风力发电机(讲)
双馈风机基础知识学习
双馈风力发电机组
低电压穿越
低电压穿越规范
双馈异步风力发电机(西莫讲堂)
低电压穿越技术规范书
风力发电机组控制系统
低电压穿越性能论文
2mw双馈异步风力发电机的研究