中德合作风电并网会议----低电压穿越.ppt

中德合作风电并网会议----低电压穿越 低电压穿越 低电压穿越LVRT,指在风机并网点电压跌落的时候，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，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间(区域)。 电网电压跌落对风机的影响 电网电压跌落情况下，风电机组中的双馈感应发电机会导致转子侧过流，同时转子侧电流的迅速增加会导致转子励磁变流器直流侧电压升高，发电机励磁变流器的电流以及有功和无功都会产生振荡。这是因为双馈感应发电机在电网电压瞬间跌落的情况下，定子磁链不能跟随定子端电压突变，从而会产生直流分量，由于积分量的减小，定子磁链几乎不发生变化，而转子继续旋转，会产生较大的滑差，这样便会引起转子绕组的过压、过流。如果电网出现的是不对称故障的话，会使转子过压与过流的现象更加严重，因为在定子电压中含有负序分量，而负序分量可以产生很高的滑差。过流会损坏转子励磁变流器，而过压会使发电机的转子绕组绝缘击穿。 电网电压跌落风机的应对策略 1、由于现在国内风力发电量占总发电量的比重较小，当电网出现故障时，现有的保护原则是立即将风机切网以确保机组的安全。 2、随着风电机组单机容量的不断增大和风电场规模的不断扩大，一旦电网发生故障迫使大面积风电机组因自身保护而脱网的话，将严重影响电力系统的稳定运行。因此，在设计风机时，需要考虑发电机组在电网出现故障时，具有一定低电压穿越能力。 实现低电压穿越的方案 1、采用了转子短路保护技术(Crowbar protection) 。 2、引入新型拓扑结构 。 3、采用合理的励磁控制算法 。 转子短路保护技术 该方法是目前风电制造商主要采用的方法，其原理是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。该方法使双馈感应发电机在电网发生故障时按感应电动机方式运行。 典型的Crowbar电路原理图 混合桥型Crowbar电路 通过控制晶闸管的通断实现转子回路的旁路保护装置的投切。 典型的Crowbar电路原理图 IGBT型Crowbar电路 通过控制IGBT的通断，实现吸收电阻的投切。 典型的Crowbar电路原理图 带有旁路电阻Crowbar电路 出现电网电压跌时，通过功率开关器件将旁路电阻连接到转子回路中，这就为电网故障期间所产生的大电流提供了一个旁路，从而达到限制大电流，保护励磁变流器的作用。 新型拓扑结构实现风机低电压穿越 美国超导公司在会议中提到为风机实现低电压穿越的电路原理图 超导公司低电压穿越实现原理 双馈感应发电机定子侧与电网间串联反并可控硅电路。为了承受电网故障时大电流冲击，转子侧励磁变流器选用电流等级较高的大功率IGBT器件，这样可以维持电网故障情况下风机在网时间。当电网电压跌落再恢复时，转子侧最大电流可能会达到电压跌落前的几倍。利用可控硅电路使双馈机定子与电网脱网，转子励磁变流器重新励磁双馈感应发电机，电压一旦回升到允许的范围之内，双馈感应发电机便能迅速地与电网达到同步。直流侧的耐压等级依赖干直流侧电容的大小，转子侧大功率馈入直流侧会导致直流侧电容电压的升高，通过直流侧Crowbar电路，将直流侧电压限制在允许范围内。 采用合理的励磁控制算法实现低电压穿越 通过适当提高现有双馈感应发电机励磁控制器中PI调节器的比例和积分系数，能够在一定范围内维持电网故障时发电机不脱网运行。 该方案仅适用于电网故障引起发电机电压轻度骤降的场合，对于严重的电网故障引发的电压跌落，则会由于转子侧励磁变流器无法提供足够高的励磁电压而失去对转子电流的控制。