直驅風(fēng)力發(fā)電系統低電壓穿越技術(shù)

摘要：為提高直驅式變速恒頻風(fēng)電系統的故障穿越能力，采用直流側過(guò)壓保護Crowbar電路，使電網(wǎng)電壓跌落時(shí)風(fēng)機能夠正常運行，故障消除后系統能快速恢復至額定輸出。在電壓跌落期間，控制網(wǎng)側變流器發(fā)出無(wú)功功率，即運行STATCOM模式，快速向電網(wǎng)提供無(wú)功功率，穩定電網(wǎng)電壓，幫助電網(wǎng)電壓快速恢復。據此提出基于Crowbar卸荷電路和STATCOM運行策略的直驅風(fēng)力發(fā)電系統的低電壓穿越(LVRT)方案，并進(jìn)行了實(shí)驗驗證。
關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；低電壓穿越；保護電路

1 引言
隨著(zhù)風(fēng)力發(fā)電系統裝機容量的增加，電網(wǎng)對風(fēng)力發(fā)電系統提出了新的要求，即LVRT能力。由于直驅風(fēng)力發(fā)電系統無(wú)需高速齒輪組，其運行效率高，對電網(wǎng)沖擊小，因此引起了國內外的廣泛關(guān)注。尤其是發(fā)電機通過(guò)全功率整流器與電網(wǎng)隔離，故應對電網(wǎng)故障的能力更強，與DFIG風(fēng)力發(fā)電系統相比，更容易實(shí)現LVRT。

2 原理與設計
直驅系統在電壓跌落期間實(shí)現其故障穿越，可通過(guò)以下兩方面完成：①在直流側增加Crowbar電路，即直流電壓斬波電路。電壓跌落期間，變流器的輸出電流會(huì )迅速增大，當增加到變流器的限流閾值時(shí)，其功率輸出達到極限，此時(shí)輸出功率將小于輸入功率，直流母線(xiàn)電壓將會(huì )升高。該方法可匹配變流器無(wú)法輸出的那部分功率，從而維持功率守恒，限制直流母線(xiàn)電壓的增加；②在電壓跌落期間，控制網(wǎng)側變流器發(fā)出無(wú)功功率即運行STATCOM模式，快速向電網(wǎng)提供無(wú)功功率，穩定電網(wǎng)電壓，幫助電網(wǎng)電壓快速恢復。
典型的直流電壓Crowbar電路如圖1所示。該電路實(shí)現電阻變換模塊的原理是：在保持直流電壓恒定的條件下，調節開(kāi)關(guān)的占空比，實(shí)現不同的功率輸出，等效于直流側的一個(gè)可變電阻。

控制網(wǎng)側變流器運行STATCOM模式的核心問(wèn)題是在變流器功率等級一定的條件下如何分配有、無(wú)功的電流指令。變流器輸出功率不僅受網(wǎng)側電壓的限制，而且受變流器輸出最大電流Ismax的限制。設，id，iq分別為有、無(wú)功電流。無(wú)功指令可根據電壓跌落的程度向電網(wǎng)輸出不同的無(wú)功功率，跌落越嚴重，變流器提供的無(wú)功越大，從而幫助電網(wǎng)快速恢復。圖2提供了一種帶有Crowbar保護的STATCOM運行控制算法。