摘要：對風電機組低電壓穿越(LVRT)能力的有效檢測，是防止大規(guī)模風電機組從電網(wǎng)解列，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的前提。針對目前雙饋感應(yīng)發(fā)電機組(DFIG)主要采用Crowbar電路來實現(xiàn)LVRT的解決方案，深入研究了該方案的檢測過程和參數(shù)設(shè)置，并基于對某風電場DFIG LVRT能力的現(xiàn)場檢測，通過模擬電網(wǎng)發(fā)生三相相間對稱故障和兩相相間不對稱故障，驗證了檢測過程和檢測結(jié)果的有效性。
關(guān)鍵詞：雙饋感應(yīng)發(fā)電機；低電壓穿越；現(xiàn)場檢測

1 引言
近年來，我國風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，特別是風力資源豐富的地區(qū)，風電并網(wǎng)容量所占供電比重迅速上升，風力發(fā)電的間隙性、隨機性和不可控性，將給地區(qū)電網(wǎng)穩(wěn)定運行帶來隱患，特別是風電機組是否具備LVRT能力，直接關(guān)系到大規(guī)模風電機組從電網(wǎng)解列，可能造成電網(wǎng)電壓和頻率崩潰，嚴重威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。目前，國內(nèi)外文獻對風電機組LVRT的研究主要集中在功能特性、控制策略等方面，而對LVRT能力的檢測技術(shù)及檢測結(jié)果要求等方面研究甚少。雖然當前德國、丹麥等國家已制定了風電并網(wǎng)導則，規(guī)定了LVRT的要求，但對具體的檢測技術(shù)及方法的闡述很少。
這里基于對某風電場DFIG LVRT的現(xiàn)場實測，研究了其檢測技術(shù)及要求，并在不同風況下模擬電網(wǎng)發(fā)生三相相間對稱故障和兩相相間不對稱故障，深入分析了風電機組LVRT測試結(jié)果。

2 LVRT標準及要求
風電機組LVRT是指當電網(wǎng)故障或擾動引起風電場并網(wǎng)點電壓跌落時，在一定電壓跌落范圍內(nèi)，風電機組能保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行。當前各國根據(jù)實際情況提出的LVRT要求不同，圖1為各國對風電機組LVRT的標準要求。

德國、美國規(guī)定電網(wǎng)電壓跌落深度在15％以內(nèi)要求風電機組不脫網(wǎng)運行，并能持續(xù)150 ms和625 ms，且要求在1．5 s和3 s后恢復至標稱電壓的90％以上；中國、西班牙、丹麥規(guī)定電網(wǎng)電壓跌落深度在20％以內(nèi)要求風電機組不脫網(wǎng)運行，能持續(xù)625 ms，500 ms和100 ms，并分別在2 s，1 s，750 ms后恢復至標稱電壓的90％，80％，75％以上，只有當電網(wǎng)電壓跌落低于規(guī)定曲線后才允許風機脫網(wǎng)，當電壓跌落在凹陷部分內(nèi)，還需向系統(tǒng)提供一定的無功支持。我國制定的風電機組LVRT標準要求相對適中，同時對有功功率恢復做了規(guī)定，對電網(wǎng)故障期間沒有切出電網(wǎng)的風電場，其有功功率在電網(wǎng)故障清除后應(yīng)快速恢復，以至少10％Pn／s(Pn為額定功率)的功率變化率恢復至故障前的值。

3 DFIG LVRT檢測方法
3．1 LVRT的實現(xiàn)
目前應(yīng)用較為成熟的方法是在轉(zhuǎn)子側(cè)加裝Crowbar電路，該方法簡單有效、便于實現(xiàn)，且成本較低。Crowbar電路分為主動式和被動式，由于被動式電路不能在電網(wǎng)故障時提供電壓支撐，也不能在故障清除后立即恢復對電網(wǎng)供電，難以適應(yīng)新的風電并網(wǎng)規(guī)則要求，許多風機制造廠家均采用可關(guān)斷器件構(gòu)成的主動式電路結(jié)構(gòu)。
LVRT實現(xiàn)需風機主控系統(tǒng)、變流器控制系統(tǒng)、風力機槳距角控制系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)配合控制，當電網(wǎng)故障或擾動引起風機機端電壓跌落，導致轉(zhuǎn)子側(cè)高電流超過設(shè)定值時，主控系統(tǒng)要求Crowbar電路投入，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器退出，網(wǎng)側(cè)變流器正常并網(wǎng)運行，變流器控制系統(tǒng)執(zhí)行命令；隨后風力機槳距角控制系統(tǒng)啟動，以減小捕風能力及機械轉(zhuǎn)矩；故障清除后，主控系統(tǒng)命令Crowbar電路退出，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器投入，系統(tǒng)恢復正常運行。目前，國內(nèi)風電場大多數(shù)風電機組內(nèi)的風機、變流器、主控系統(tǒng)為不同制造商生產(chǎn)，需做到嚴密的配合控制，根據(jù)多次對風電場風電機組LVRT檢測結(jié)果的分析，在風電機組LVRT檢測時，引起風機跳機的主要原因集中在控制的配合上，特別是Crowbar動作時會產(chǎn)生較大的電流振蕩，不但會觸動保護動作引起跳機，同時也會影響齒輪箱、機械傳動軸等機械部件的安全運行和壽命，故要求在控制配合方面做到嚴密的邏輯順序和規(guī)劃，從而減小電流振蕩。此外，主控系統(tǒng)與各控制系統(tǒng)間的握手信號、信息傳遞等可靠性也直接影響到風電機組LVRT的可靠實現(xiàn)。
3．2 LVRT檢測方法
在德國、丹麥、西班牙等風電較發(fā)達國家，對風電機組LVRT檢測技術(shù)及裝置的研究已有一定基礎(chǔ)。而我國風電正處于發(fā)展期，國家電網(wǎng)公司2009年頒布的《風電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》明確了對風電機組LVRT的要求，國家能源局也于2011年7月發(fā)布了《防止風電大規(guī)模脫網(wǎng)重點措施》，對已并網(wǎng)運行的風電場機組LVRT抽檢和新并網(wǎng)風電機組LVRT檢測提出了強制性規(guī)定。目前，對風電機組LVRT檢測主要通過阻抗分壓、變壓器、電力電子變換3種方式實現(xiàn)，其中電力電子變換方式由于IGBT，GTO等開關(guān)器件容量的限制，仍停留在實驗室樣機研究階段，工程實踐應(yīng)用主要采用阻抗分壓方式，包括固定式和移動式兩種類型。世界上首套35 kV／6 MVA晶閘管控制阻抗分壓式LVRT檢測裝置于2010年7月在中國國家風電研究檢測中心某試驗基地研制成功，該裝置能有效模擬電網(wǎng)電壓跌落和恢復過程，并能模擬電網(wǎng)三相相間對稱故障和兩相相間不對稱故障。

移動式LVRT檢測裝置主要針對風電場并網(wǎng)風電機組檢測，采用斷路器控制阻抗分壓式結(jié)構(gòu)，安裝于車載集裝箱內(nèi)部。以35 kV電壓等級移動式LVRT檢測裝置為例，圖2示出風電機組LVRT檢測示意圖，檢測裝置串接于箱變的高壓側(cè)，通過控制斷路器接入限流電抗器Xsr和短路電抗器Xsc來實現(xiàn)箱變高壓側(cè)電壓跌落，跌落深度h取決于系統(tǒng)阻抗Xs及Xsr，Xsc及h計算式為：
h=Xsc／(Xs+Xsr+Xsc) (1)
可見，改變Xsr，Xsc可實現(xiàn)多種h組合，以有效補償不同風電場及等效系統(tǒng)阻抗引起的跌落深度偏差，跌落持續(xù)時間通過控制Xsr，Xsc投入和切除時間獲得，相關(guān)標準規(guī)定檢測裝置跌落深度偏差為±5％，跌落時間、跌落持續(xù)時間、恢復時間的偏差為20 ms。

4 DFIG LVRT檢測結(jié)果分析
通過模擬電網(wǎng)發(fā)生三相相間對稱和兩相相間不對稱故障，在95％Pn時對某風電場DFIG LVRT進行現(xiàn)場實測，驗證了檢測過程和結(jié)果的有效性。被檢風機額定容量1．5 MW，機端出口電壓690 V，風機采用在轉(zhuǎn)子側(cè)裝Crowbar電路實現(xiàn)LVRT。如圖2所示，將35 kV移動式LVRT檢測裝置串接入箱變的高壓側(cè)，通過空載試驗?zāi)M電網(wǎng)電壓跌落深度20％，持續(xù)時間625 ms，以確定Xsr和Xsc。
圖3為模擬三相相間對稱故障時的波形?？梢姡妷鹤畲蟮浞燃s23％，持續(xù)時間約620 ms，電壓跌落瞬間最大瞬時電流達運行電流的2．5倍，故障解除后電流恢復時間9．35 s，功率恢復速率約77 kW／s，即5．13％Pn／s。

圖4為模擬兩相相間短路故障時的波形?？梢?，發(fā)生短路故障的兩相電壓跌落幅度51．2％，持續(xù)時間約622 ms，短路相最大瞬時電流達到運行電流的3．5倍，故障解除后電流恢復時間10．98 s，功率恢復速率4．36％Pn／s。

5 結(jié)論
這里在分析風電機組低電壓穿越標準和檢測方法的基礎(chǔ)上，研究了其檢測過程，并基于現(xiàn)場實測，通過模擬電網(wǎng)發(fā)生三相相間對稱故障和兩相相間不對稱故障，驗證了風電機組低電壓穿越能力檢測過程和結(jié)果的有效性。