基于DFIG风电场联合保护的低电压穿越研究

　　上海电力学院的研究人员黄晶、朱武，在2015年第9期《电气技术》杂志上撰文，首先介绍了我国《风电场接入电力系统技术规定》关于低电压穿越的具体要求。针对撬棒保护技术（Crowbar）装置并不能有效的保护直流母线的不足，提出了一种协调Crowbar及直流卸荷电路的方案，并利用STATCOM(staticsynonouscompensator)为风电场提供无功功率，双馈风力发电系统从而实现低电压穿越。
　　研究结果表明，适当增加Crowbar旁路电阻，能更有效地限制转子电流，然而，旁路电路选择过大之后其效果不仅并不太明显，反而会导致直流母线过电压。所提出的交直流联合保护的方案能兼顾转子过电流及直流母线过电压问题，并有助于并网点电压的快速恢复。
　　近年来，双馈风力发电机(DFIG)凭借其可变速运行、电机造价低、发电效率高以及有功和无功功率可独立调节等诸多优点，占据了国际最主要的市场[1]。DFIG机组定子侧与电网直接相连，对电网电压波动非常的敏感，并且随着基于DFIG风电机组的风电场容量的逐年增大，其对电网的影响已不可忽视。
　　为了保证电网稳定，世界风电各国均要求DFIG风电机组具备低电压穿越(LVＲT)的能力[2]。中国制定的《风电场接入电力系统技术规定》(GB/T19963-2011)已于2012年6月正式实施[3]。因此相关研究也成为热点。
　　系统发生故障时，由于DFIG变流器容量较小，一般为1/3额定容量，对DFIG系统提供的控制能力有限，抗电网电压扰动能力不强。因此电网发生故障时，必须关注故障引起的转子过电流以及随之而来的直流母线过电压[4]。
　　为了改进DFIG风电机组在故障下不脱网运行，不少学者提出了不少改进控制策略，文献[5-6]通过改进的内外环PI控制策略，通过引入前馈补偿的防止，实现风电场低电压穿越，这种方法局限于电压跌落较轻的情况，并且其控制效果受到变流器容量的限制；文献[7-8]采用定子磁链去磁法等，这类方法的优点是不仅能应对三相对称故障，并且对不对称故障也能起到有效的作用。然而这些方法往往算法比较复杂，增加了在工程的实现难度。
　　目前，行之有效的办法大多需要在转子侧加入撬棒保护（Crowbar）电路[9-10]，也是GE，ABB等风机制造商普遍采用的方法，从而确保励磁变流器的运行安全，并能加快故障电流及定子暂态磁链的衰减，然而，撬棒保护动作期间，DFIG与普通异步机无异，将吸收大量的无功功率，不利于电压恢复。Crowbar电阻值的选择也是影响低电压穿越的重要参数[11]。
　　为此，首先分析了我国制定的风电场低电压穿越的要求。通过仿真研究不同阻值对低电压穿越的影响，在此基础上，针对Crowbar动作后产生的直流母线过电压及风机吸收无功功率的问题，提出一种联合主动Crowbar保护和直流侧卸荷电路方法，并用STATCOM为系统提供无功功率。仿真结果验证了所提出的低电压穿越方案的有效性及可行性。
　　1低电压穿越要求
　　随着风电机组单机容量以及风电场规模的不管增大，风电接入及运行对电力系统的影响越来越不可忽视。由于各国电力系统配置，风电的比重等各不相同，目前国际上还没有通用的风电接入系统标准。
　　我国也于2011年，制定了的《风电场接入电力系统技术规定》，其中明确要求风电场应具备低电压穿越能力，其基本要求如图1所示，风电场并网点电压跌至20％标称电压时，风电场内的风电机组应保证不脱网连续运行；风电场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，风电场内的风电机组应保证不脱网连续运行625ms[2]。