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永磁风力发电系统低电压穿越技术的研究

【摘要】近年来我国的经济高速发展，国家对风力发电系统的要求也越来越

高。本文对低压穿越技术的概念和技术、电压跌落对系统的影响，低压穿越技术

的应用进行了探讨，希望能够对以后的研究有所助益。

【关键字】永磁风力发电、低压穿越技术

一、前言

风能在发电中有广泛应用，并且有很大的开发潜能，对风能的开发和利用在

未来必将有广泛的前景。低电压穿越会对电力系统带来损害，所以说对低电压穿

越技术对电力系统的影响的研究十分必要，下面和笔者一起来进行探讨。

二、低压穿越技术概述

1.低压穿越结束简介

低电压穿越技术是指在风力发电系统并网过程中发生电压跌落现象时，风力

发电系统能够继续实现并网，并且发电系统会向电网提供无功功率，支持电网实

现恢复的工作，整个系统维持一个比较低的电压穿越这个故障发生的时间段。电

网发生故障引起的电压跌落时，风力发电系统会出现电机转速转速升高、电机直

流侧电压过高等现象。当风力发电系统在整个电网中起到重要作用时，电机机组

会出现解列现象，这种现象会增加电网发生故障时，发电系统恢复能力，甚至会

令发电机组出现故障。

电网的电压发生电压跌落的瞬间，会导致电网输出功率瞬时减少，此时发

电系统的输出功率保持不变。这种现象导致电网和电机的输出功率不匹配和电机

主电路的直流母线电压瞬间增大，导致主电路中的电力电子器件和控制器的故

障。此时如果采取强制措施令直流母线电压处于稳定状态时，又会导致发电系统

输出到电网端的电流增大，同样会导致整流器的损坏。如果能够在整流端采用控

制器，整流器能够在电压发生额定波动范围内可以实现电磁控制。就能够避免电

压跌落现象所产生的影响，令永磁同步发电机组的低电压穿越达到比较好的效

果。

2.低压穿越技术的相关标准

随着风力发电电网渗透率的不断增加，风电机组能否安全稳定运行对风电行

业的发展提出了新的挑战。低电压穿越受到了越来越多的关注，各国相继对风电

机组的低电压穿越能力制定了相关标准，其中我国的《风电场接入电力系统技术

规定》对并网风电机组低电压穿越能力的要求作出了评细的说明。

国家标准对低电压穿越的基本要求：风电机组低电El穿越是指当电力系统

事故或扰动引起并网点电HI跌落时，在一定的电压跌落范围和时间间隔内，风

电机组能够保证不脱网连续的运行。具体为：风电机组并网点电压跌至20%不称

电伍时，风电机组能够保证不脱网连续运行625ms;

风电机组并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到标称电压的90%时，风

电机组能够保证不脱网连续运行。对电力系统故障期间没有切出的风电场，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。

三、不同国家对低压穿越技术的要求

1.美国标准：美国要求风电场节点电压跌落至额定电压的15％时，风机应

有能够维持并网运行625ms的LVRT能力；当风电场电压在发生后3s内能够恢

复到额定电压的90％时，风机必须保持并网运行。

2.加拿大标准：加拿大要求节点电压跌落至零时，风机应具有维持运行150

ms的LVRT能力；3s内恢复到节点额定电压的85％时，风机必须保持并网运

行。

3.德国标准：德国要求有功功率输出在故

障切除后立即恢复，并且每秒钟至少增加额定功率的20％。若电压跌落深

度大于额定电压均方根值的10％，机组必须切换至支持电压。机组必须在通过

提供电机端无功功率进行的故障识别后20ms内提供电压支持，无功功率的提供

必须保证电压每降低l％，无功电流增加2％。

4.丹麦标准：丹麦要求双重电压降落特性。它要求如果两相短路100ms后

间隔300ms再发生一次新的100ms短路时不发生切机；如果单相短路100ms

后间隔1s再发生一次新的100ms电压降落时也不切机；三相故障从额定电压的

20％～75％开始持续存在，风电场应在电压重新到达0.9pu以上后，在10S内

达到额定功率；在电压恢复到0.9pu后，在10s内满足电网无功功率的交换要求；

电压降落期间，风电场必须发到标称电流1.0倍的无功电流。

5.中国标准：我国风电并网标准相对落后，

2005年发布实施的GB/Z19963-200