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风电机组低电压穿越改造问题分析

摘要：当前在国内风力发电机组中出现数起风机大面积脱网事故，严重影响电

网的安全运行，为避免大面积脱网带来的安全隐患，要求风力发电机组具有低电

压穿越性能维持发电机组的连续运行，本文通过变频器低电压穿越治理概述、改

造方案、实现方法及效果评价主要研究风电机组低电压穿越改造问题。

关键字：风电机组；低电压穿越；改造问题

对于风电机组而言，低压穿越是其重要的性能之一，这会帮助出现问题的电

网，可以在风电场电压下降至20%-90%的额定电压时，仍可以保持运作，进行并

网，从而实现低压穿越，不为故障所影响，进而确保电力系统的运作正常，防止

风电机组脱网。此外，当电网出现问题时，低压穿越可以维持并网的进行，从而

为电网的自我修复提供缓冲时间，进而确保电力系统更加稳定，安全性能也大幅

提高。

一、风电机组低电压穿越标准

根据国家能源局2009[1465]号文的要求规定，风电机组运行要满足Q/GDW

392-2009《风电场接入电网技术规定》的要求，关于对低压穿越的要求主要有四

点：第一，当电压恢复正常后，对风电机组的有功功率是有具体规定的，在电网

出问题的规定时间内，那些还在电网运作内的风电场，在问题排除后需及时恢复

有功功率，这里所说的及时是指恢复速率为：每秒增加10%的额定功率直至恢复

正常值。第二，在风电机组进行并网时，倘若电压稳定在90%之上，那么机组可

持续正常运作。第三，在电压降低的这段时间内，对于机组的无功功率的支撑能

力也是有详细要求的，在电力系统出现三相短路问题时，风电机组的并网电压便

会下降，当电压降到高于额度的20%，低于90%时，这时风电场的无功支撑若是

发挥作用，便有助于电压的有效恢复。详细来讲，即：风电机组并网处的电压出

现单相亦或是单相故障，致使电压降低，该机组可以根据上述原理继续工作，防

止脱网。此时，运行下降的最大电压是额定值的五分之一，对于机组的运行时间

要求为大于等于0.625s。第四，电网故障如果可以在两秒内解决，电压恢复正常，

那么，这段时间内，要求机组必须和电网相连，不能脱离。二、风电机组低电压

穿越改造问题

、变频器低电压穿越治理系统概述1

（1）变频器低电压穿越治理系统逻辑控制

控制单元输入信号：变频器运行状态接点信号；母线电压监测信号。输出信

号：断路器、直流接触器的闭合断开信号。交流电压正常条件下低电压穿越治理

系统投入过程：变频器电源端送入正常电压，变频器受电，内部CPU准备运行，

DCS或PLC控制设备送来启动指令；模拟控制4～20mA电流决定变频器拖动电机

的运行转速；等到系统正常运行后变频器状态接点闭合；低电压穿越治理系统控

制单元接收到变频器正常运行状态指令后，向执行单元发出合闸指令，这时该回

路在热备用状态；此次操作结束。变频器电源失电，控制单元给执行单元一个运

行信号，低电压穿越治理系统给变频器直流母线供电，此过程变频器运行不间断。

变频器电源供电恢复时其直流环节的电压应立刻上升；执行单元撤出对变频器的

供电，变频器转为电源供电。母线电压未恢复，直流支撑系统给变频器供电时间

不小于10s。

（2）变频器低电压穿越治理系统工作流程

系统直流输出母线由晶闸管和直流压差控制系统控制，正常运行时与变频器

完全隔离。电网电压大于90%时，系统不工作，处于热备用状态。当电压跌落到

0～90%范围内系统瞬时（＜200μs）启动工作，维持变频器直流母线电压在

DC500V左右，保证变频器正常运行。当电网电压恢复时，系统自动退出工作状

态，转为热备用状态，变频器自动转换由电网供电。当MFT动作或变频器停止运

行时，系统自动退出，转为热备用状态。

、变频器低电压穿越治理改造方案2

通常，变频器采用“交－直－交”工作模式，主要有变频器功率回路和控制电

源两部分。若要彻底解决变频器因电压低而跳闸的问题，就必须同时解决直流电

源支撑问题和控制电源问题。考虑到变频器负荷转矩特性，计划为变频器加装低

电压穿越电源装置。在系统发生低电压期间，低电压穿越装置输出稳定直流，可

靠提供变频器直流电源，同时提供可靠的控制电源，保障变频器拖动系统的连续

稳定运行。

系统主要由蓄电池组、电压暂降保护器、直流隔离单元、执行单元、监控单

元等组成，交流电取自变频器输入端交流电源。当电压下降，监控单元检测到直

流环节电压下降至低电压穿越保护系统预定阀值时，执行单元瞬间导通，由蓄电

池对升