摘要：低电压穿越能力：是指在风机并网点电压跌落时，风机能够保持并网，对过电压、过电流进行抑制技术，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时段。
关键词：浅谈；风电场；低电压；穿越技术
一．规程与标准
根据《国家能源局关于加强风电场并网运行管理的通知》（国能新能【2011】182号），风电机组应严格按照《风电机组并网检测管理暂行办法》的要求，具备低电压穿越的能力，并通过有关机构的检测认证；对于风电装机容量占其他电源总容量比例大于5%的省（区域）级电网，该电网区域内运行的风电场应具有低电压穿越能力。《风电场接入电力系统技术规范》（GB/T 19963—2000）中对风电场低电压穿越能力的基本要求：
（1）风电场内的风电机组具有并网点电压跌至20﹪额定电压时能够保证不脱网连续运行625ms的能力。
（2）风电场发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90﹪时，风电场内的风电机组能够保证不脱网连续运行。
二.发生低电压穿越的原因
针对电网故障引起的故障，通常可以分为电网单相接地故障、电网两相接地故障、电网两相相间短路故障以及电网三相相间短路故障引起的电压跌落，根据电力系统运行经验表明，在各种类型的电网故障中，单相接地故障占大多数，容易引起不对称故障电路，而对于我们风力发电场，除了考虑电网电压的波动，还应该分析风电场集电线路和风机所对应的箱变等可以引起风电机组网侧电压波动的因素。
三．永磁同步风力发电机组实现低电压穿越的原理
1. 永磁直驱同步风力发电系统
永磁直驱同步风力发电系统是一种新型发电系统，采用风轮直接驱动多极低速永磁同步发电机发电，然后通过全功率变流器变换电路，将电能转换后并入电网。
2.全功率变流器
全功率变流器是由发电机侧变流器和网侧变流器两个三相PWM电压型变流器构成，发电机侧变流器实现对永磁同步发电机的控制，网侧变流器实现输出并网，输出有功、无功功率的解耦和直流侧电压控制，永磁直驱同步风力发电系统依靠全功率变流器实现高性能控制。
风电机组利用背靠背全功率变流器实现隔离，低电压运行能力上相对双馈型风力发电机组有一定优势，但是其直流侧也会存在过电压的问题，当电网电压跌落时，永磁直驱风力发电机组变流器将增加电流，以便提供同样大小的功率给电网，由于变流器的热容量有限，因此必须对输入电流进行限制。
3.关于耗能Crowbar电路的低电压保护方案
风电机组的卸荷电阻通过功率器件与直流侧相连，当系统正常工作时，保护电路不起作用，当电网电压发生电压跌落故障时，如果风电机组保持正常运行，那么直流侧输入功率不变，而输出功率随电网电压的跌落而降低，直流侧输入功率大于输出功率，如果直流侧不采取措施，将导致直流侧电压上升，导致变流器损坏，为了消除电网短路时故障对风电机组的影响，在直流侧增加了Crowbar电路，及时投入卸荷电阻，消耗直流侧多余的能量，能够有效的抑制直流侧过电压，当然，卸荷电阻的选取取决于需要消耗的最大功率及直流侧允许的最高电压。同时，当故障消除后，切除Crowbar电路，使风电系统迅速恢复正常运行。从而使电网故障时对风电机组的运行基本不产生影响。
四．关于低电压穿越触发Crowbar保护电路的案例
机组信息：SF- 70/1500机组，国产VENSYS变桨，国产Frecon变流
涉及机组：66台风机
低穿时间：2015年9月6日 11：02-11：11
运行单位：新能发展达坂城一期项目
1.故障情景描述：
2015年9月6日11：02分，新能达坂城风电一期14号机组报出直流电压高故障，随后33号机组也报出同样的故障，现场工作人员在查看故障机组信息的同时，7号机组报出塔底急停、11号子站电源故障、有功功率高、电压不平衡等故障。查看主控故障文件发现故障时刻网侧电压下降至321V，机组在该电压条件下进行低电压穿越动作。
2.故障原因分析：
在对发生低电压穿越的机组进行检查的过程中，我们发现7#、14#、32#、33#机组的制动电阻已经烧毁，如图1
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图1：被烧毁的制动电阻箱
为了进一步确认制动电阻已完全失效，我们对被烧毁的制动电阻进行电阻值测量，该制动电阻箱设计阻值为 0.97Ω，额定功率为22KW，瞬时功率为1500KW。被烧毁的制动电阻箱阻值此刻已经达到了16.3欧、最严重的已经达到7.12兆欧，已经远远超出了其设计值。制动电阻箱内的接线铜端子头部分已经完全烧黑，导线绝缘护套内侧也烧焦。这表明制动电阻已发生过明星过热现象。如图2
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图2：电阻箱的阻值变大
根据功率关系式P=I*I*R 可知，当有功功率为常数时，电阻的增大必然会导致流过的电流的减小。机组在低电压穿越的时候，向电网输送容性无功以抬高电网侧端口电压。当机组发生低电压穿越的时
候，直流母线上的电压过大，积累的能量超出了其负载范围，于是制动IGBT模块启动，将直流母线上多余的能量通过向电阻箱内的制动电阻发热消耗功率，以保护变流器。此次全场机组多次发生低电压穿越。以14#机组故障F文件为例：从14#机组主控PLC记录的数据中我们发现该机组存在8次低电压穿越。
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本次低穿中多余的能量都通过Crowbar电路中制动电阻以发热的形式得到泄放，虽然本次全场66台机组发生多次低电压穿越，并造成4台机组制动电阻及部分相关元器件的烧毁。最终机组在报出故障后停机保护了变流器。在做了大量的现场损坏备件检查和数据分析后，我们可以看出造成这次故障的主要原因在于电网电压过低。
四.制定防范的技术措施
针对新能达坂城风电场项目一期2015年9月26日，多次发生低电压穿越时造成4台风电机组制动电阻烧毁及部分电气元器件损坏现象，为了防止本次事件的再次发生，通过对事故原因的分析，探索制定出以下防范的技术措施：
1.在机组高发、满发时期，运维部值班员密切监视风电机组运行情况，及时发现、处理机组在电网电压波动时的异常情况。发现风电机组完成低电压穿越后，及时测量制动电阻是否失效。
2.根据风电场风功率预测数据，在大风即将来临前，和大风过后对风电场的每条集电线路和箱变开展特巡工作，及时发现、处理在风电机组低电压穿越引起故障的隐患。如短路、接地、缺相等故障。
3.定期对风电机组的制动电阻进行测量，及时发现失效的制动电阻，对于不符合电阻值的制动电阻及时进行更换，使得在电网电压跌落时，制动电阻能够有效地消耗直流母线的多余功率，从而保护机组的重要元器件，如IGBT模块等。
4.按照风电场接入电网的要求，合理的投入风电场无功补偿装置，满足风电机组低电压穿越的要求。
五．结束语
随着风电事业的蓬勃发展，风力发电在电网中占到越来越重的份额，风电装机容量也越来越大，这样将可能导致整个电网潮流发生改变，甚至会引发电网电压和频率的崩溃，因此加强对风电机组低电压穿越技术的研究，对获得风力发电的关键技术，提高风电机组的可靠性和风电场稳定性都具有极其重要的意义。
参考文献：
[1]《风电场接入电力系统技术规范》（GB/T 19963—2000）
[2]《 风电机组低电压穿越能力一致性评估方法（暂行）》 国家风电技术与检测研究中心2011-11
[3]风能中国网，寻找低电压穿越技术（LVRT）资料 2009-11-06
[4]《中国电力》直驱永磁同步风力风电机组低电压穿越控制策略 2011，44（5）74-77
论文作者:祖红
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/12
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