基于DFIG風電場聯合保護的低電壓穿越研究

　　上海電力學院的研究人員黃晶、朱武，在2015年第9期《電氣技術》雜志上撰文，首先介紹了我國《風電場接入電力系統技術規定》關于低電壓穿越的具體要求。針對撬棒保護技術（Crowbar）裝置并不能有效的保護直流母線的不足，提出了一種協調Crowbar及直流卸荷電路的方案，并利用STATCOM(staticsynonouscompensator)為風電場提供無功功率，雙饋風力發電系統從而實現低電壓穿越。
　　研究結果表明，適當增加Crowbar旁路電阻，能更有效地限制轉子電流，然而，旁路電路選擇過大之后其效果不僅并不太明顯，反而會導致直流母線過電壓。所提出的交直流聯合保護的方案能兼顧轉子過電流及直流母線過電壓問題，并有助于并網點電壓的快速恢復。
　　近年來，雙饋風力發電機(DFIG)憑借其可變速運行、電機造價低、發電效率高以及有功和無功功率可獨立調節等諸多優點，占據了國際最主要的市場[1]。DFIG機組定子側與電網直接相連，對電網電壓波動非常的敏感，并且隨著基于DFIG風電機組的風電場容量的逐年增大，其對電網的影響已不可忽視。
　　為了保證電網穩定，世界風電各國均要求DFIG風電機組具備低電壓穿越(LVＲT)的能力[2]。中國制定的《風電場接入電力系統技術規定》(GB/T19963-2011)已于2012年6月正式實施[3]。因此相關研究也成為熱點。
　　系統發生故障時，由于DFIG變流器容量較小，一般為1/3額定容量，對DFIG系統提供的控制能力有限，抗電網電壓擾動能力不強。因此電網發生故障時，必須關注故障引起的轉子過電流以及隨之而來的直流母線過電壓[4]。
　　為了改進DFIG風電機組在故障下不脫網運行，不少學者提出了不少改進控制策略，文獻[5-6]通過改進的內外環PI控制策略，通過引入前饋補償的防止，實現風電場低電壓穿越，這種方法局限于電壓跌落較輕的情況，并且其控制效果受到變流器容量的限制；文獻[7-8]采用定子磁鏈去磁法等，這類方法的優點是不僅能應對三相對稱故障，并且對不對稱故障也能起到有效的作用。然而這些方法往往算法比較復雜，增加了在工程的實現難度。
　　目前，行之有效的辦法大多需要在轉子側加入撬棒保護（Crowbar）電路[9-10]，也是GE，ABB等風機制造商普遍采用的方法，從而確保勵磁變流器的運行安全，并能加快故障電流及定子暫態磁鏈的衰減，然而，撬棒保護動作期間，DFIG與普通異步機無異，將吸收大量的無功功率，不利于電壓恢復。Crowbar電阻值的選擇也是影響低電壓穿越的重要參數[11]。
　　為此，首先分析了我國制定的風電場低電壓穿越的要求。通過仿真研究不同阻值對低電壓穿越的影響，在此基礎上，針對Crowbar動作后產生的直流母線過電壓及風機吸收無功功率的問題，提出一種聯合主動Crowbar保護和直流側卸荷電路方法，并用STATCOM為系統提供無功功率。仿真結果驗證了所提出的低電壓穿越方案的有效性及可行性。
　　1低電壓穿越要求
　　隨著風電機組單機容量以及風電場規模的不管增大，風電接入及運行對電力系統的影響越來越不可忽視。由于各國電力系統配置，風電的比重等各不相同，目前國際上還沒有通用的風電接入系統標準。
　　我國也于2011年，制定了的《風電場接入電力系統技術規定》，其中明確要求風電場應具備低電壓穿越能力，其基本要求如圖1所示，風電場并網點電壓跌至20％標稱電壓時，風電場內的風電機組應保證不脫網連續運行；風電場并網點電壓在發生跌落后2s內能夠恢復到標稱電壓的90％時，風電場內的風電機組應保證不脫網連續運行625ms[2]。