牛晨光，劉觀(guān)起

（華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，河北保定071003）

近10年來(lái)，全球風(fēng)電裝機(jī)容量保持了較快的增長(zhǎng)勢(shì)頭。截止到2009年底，全球風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到159,213 MW，新增裝機(jī)容量38 312 MW，增長(zhǎng)率為31.7%，全球的金融以及經(jīng)濟(jì)危機(jī)并沒(méi)有對(duì)世界范圍內(nèi)風(fēng)能發(fā)展產(chǎn)生負(fù)面影響，2009年是自2001年以來(lái)增長(zhǎng)最快的一年，按照這種持續(xù)發(fā)展的勢(shì)頭，裝機(jī)容量每3年就會(huì)翻一番。截止到2010年3月，全球的裝機(jī)容量已經(jīng)超過(guò)200 000 MW，依據(jù)目前加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，世界風(fēng)能委員會(huì)提高了對(duì)未來(lái)風(fēng)電裝機(jī)總量的預(yù)測(cè)：預(yù)計(jì)到2020年底，全球裝機(jī)總量至少為1 900 000 MW，全世界的電力消耗將有12%來(lái)自風(fēng)電[1-5]。歐洲、北美以及亞洲是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的3個(gè)主要市場(chǎng)，亞洲是發(fā)展最快的地區(qū)，成為各大洲的領(lǐng)頭羊，而全球關(guān)注的重心已逐漸遠(yuǎn)離歐洲。中國(guó)2009年新增裝機(jī)容量13,800 MW，第四次實(shí)現(xiàn)超過(guò)1倍的增長(zhǎng)[6-10]。隨著風(fēng)電裝機(jī)在整個(gè)電力系統(tǒng)中所占比重的增大，風(fēng)電對(duì)電力系統(tǒng)影響的研究愈發(fā)重要[11-13]。

隨著風(fēng)電單機(jī)容量的增大以及風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各地區(qū)的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)風(fēng)電接入電網(wǎng)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)要求[14-18]，主要包括有功和無(wú)功功率輸出、風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行范圍、電壓調(diào)節(jié)、低電壓穿越（Low Voltage Ride Though,LVRT）、電能質(zhì)量等方面的控制，而其中LVRT被認(rèn)為是對(duì)風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)制造技術(shù)的最大挑戰(zhàn)[19-22]。要提高風(fēng)電場(chǎng)的LVRT能力，必然會(huì)增加風(fēng)電場(chǎng)的工程造價(jià)，而且對(duì)LVRT能力要求越嚴(yán)格則工程造價(jià)就越高。因此，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組的類(lèi)型，在風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃階段對(duì)風(fēng)電機(jī)組的LVRT功能曲線(xiàn)的定值提出要求，具有很大的經(jīng)濟(jì)意義[23-25]。

目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用變速風(fēng)機(jī)，因?yàn)槠渑c定速風(fēng)機(jī)相比，具有更高的能量捕獲能力，減小機(jī)械應(yīng)力，輸出能量更為固定甚至降低了噪音等優(yōu)勢(shì)。因此現(xiàn)在的主流機(jī)型為基于變速恒頻（Variable Speed Constant Fre-quence,VSCF）控制技術(shù)的雙饋感應(yīng)異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 (Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)[26]，本文就針對(duì)此種機(jī)型，依據(jù)國(guó)內(nèi)外研究成果，對(duì)其LVRT能力要求及技術(shù)措施進(jìn)行探討。

1 風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范

在世界范圍，由于電力系統(tǒng)的配置、風(fēng)電在系統(tǒng)中所占比重以及電網(wǎng)調(diào)度對(duì)風(fēng)電的不同要求，目前還沒(méi)有關(guān)于風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的通用標(biāo)準(zhǔn)。為了規(guī)范接入系統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)，各個(gè)地區(qū)分別根據(jù)自身情況制定了相關(guān)的技術(shù)規(guī)范。文獻(xiàn)[17、18]給出了歐洲、美洲地區(qū)的風(fēng)電接入電網(wǎng)的技術(shù)規(guī)范。我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司于2009年2月制定了《風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定（修訂版）》，主要要求如下：

1）風(fēng)電場(chǎng)有功功率。規(guī)定中明確要求風(fēng)電場(chǎng)具有有功功率調(diào)節(jié)能力，并根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)指令控制其有功功率輸出，確保風(fēng)電場(chǎng)最大輸出功率及功率變化率不超過(guò)電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)的給定值。

2）風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功功率。要求風(fēng)電場(chǎng)在任何運(yùn)行方式下，應(yīng)保證其無(wú)功功率有一定的調(diào)節(jié)容量，該容量為風(fēng)電場(chǎng)額定運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)0.98（超前）～0.9（滯后）所確定的無(wú)功功率容量范圍，風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功功率能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié)，保證風(fēng)電場(chǎng)具有在系統(tǒng)事故情況下能夠調(diào)節(jié)并網(wǎng)點(diǎn)電壓恢復(fù)至正常水平的足夠無(wú)功容量。

3）風(fēng)電場(chǎng)電壓范圍。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓偏差在-10%～+10%之間時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組應(yīng)能正常運(yùn)行。并且風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)當(dāng)能夠在其容量范圍內(nèi)，控制風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓在額定電壓的-3%～+7%。

4）風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行頻率。風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)該在一定的電網(wǎng)頻率偏離下繼續(xù)運(yùn)行：49.5 Hz~50.5 Hz內(nèi)連續(xù)運(yùn)行；每次頻率低于49.5 Hz時(shí)要求至少能在48 Hz～49.5 Hz之間運(yùn)行10 min；每次頻率高于50.5 Hz時(shí)，至少能50.5Hz~51Hz之間運(yùn)行2min；并且當(dāng)頻率高于50.5Hz時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)須執(zhí)行電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)下達(dá)的高周切機(jī)策略，不允許停機(jī)狀態(tài)的風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)。

5）風(fēng)電場(chǎng)低電壓穿越。當(dāng)電網(wǎng)電壓驟降時(shí)，要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)仍并網(wǎng)運(yùn)行。這個(gè)要求就是為了保證在正?？汕宄收习l(fā)生時(shí)沒(méi)有風(fēng)機(jī)退出運(yùn)行。太快切除風(fēng)電機(jī)組，尤其對(duì)于大型風(fēng)電場(chǎng)，會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響。

2 低電壓穿越能力要求

低電壓穿越能力就是當(dāng)電網(wǎng)故障或擾動(dòng)引起風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓跌落時(shí)，在一定電壓跌落的范圍內(nèi)，風(fēng)電機(jī)組能夠不間斷并網(wǎng)運(yùn)行，只有當(dāng)電網(wǎng)電壓低于規(guī)定曲線(xiàn)以后才允許風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)，甚至要求風(fēng)電場(chǎng)在此過(guò)程中能提供無(wú)功功率以支持電網(wǎng)電壓的恢復(fù)。最具代表性的低電壓穿越能力要求是2003年由德國(guó)E.On公司提出的，其曲線(xiàn)如圖1所示。之后，許多國(guó)家（地區(qū)）相繼提出了自己的LVRT曲線(xiàn)，我國(guó)的LVRT要求曲線(xiàn)如圖2所示。低電壓穿越能力要求的提出關(guān)鍵依據(jù)是風(fēng)電場(chǎng)所連接的電網(wǎng)的具體特征以及配置，此外風(fēng)電場(chǎng)的容量也起到一定的主導(dǎo)作用。

圖1 德國(guó)E.On公司LVRT能力要求曲線(xiàn)

圖2 我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)LVRT能力要求曲線(xiàn)

從兩圖可以清晰發(fā)現(xiàn)，我國(guó)的低電壓穿越曲線(xiàn)要求并網(wǎng)點(diǎn)電壓低至0.2 pu，風(fēng)電機(jī)組可以從電網(wǎng)切除，相比而言，歐洲的標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格，他們要求并網(wǎng)點(diǎn)電壓低至0.15 pu才能允許電網(wǎng)切除風(fēng)電機(jī)組。此外，在加拿大等一些國(guó)家甚至要求并網(wǎng)點(diǎn)電壓低至0 pu時(shí)，仍能并網(wǎng)運(yùn)行。

下面就我國(guó)低電壓穿越要求曲線(xiàn)（圖2）從兩方面進(jìn)一步說(shuō)明：首先，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組具有在并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌至并網(wǎng)點(diǎn)額定電壓的20%時(shí)能夠保持并網(wǎng)運(yùn)行625 ms的低電壓穿越能力；其次，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓在發(fā)生跌落后3 s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組保持并網(wǎng)運(yùn)行。

3 DFIG的LVRT技術(shù)

變速恒頻風(fēng)電機(jī)組主要有2種，分別是多極直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī) (permanent-magnet synchoronous generator,PMSG）和雙饋感應(yīng)異步電機(jī)(doubly fed induction generator,DFIG）。雙饋感應(yīng)異步電機(jī)由于具有平滑控制、變流器容量小等優(yōu)點(diǎn)成為目前使用最廣泛的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)，本文也只針對(duì)DFIG的LVRT能力進(jìn)行研究。

DFIG主要由風(fēng)輪、雙饋發(fā)電機(jī)、變流器、勵(lì)磁系統(tǒng)、控制檢測(cè)系統(tǒng)組成，它的定子側(cè)直接與電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子側(cè)通過(guò)背靠背雙PWM變流器與電網(wǎng)連接，其中轉(zhuǎn)子側(cè)變流器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的電流和轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)變速恒頻運(yùn)行，并對(duì)輸出功率因數(shù)進(jìn)行控制；網(wǎng)側(cè)變流器保持直流側(cè)電壓的穩(wěn)定。雙饋感應(yīng)異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模型如圖3所示。

圖3 雙饋感應(yīng)異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模型

電網(wǎng)電壓的驟降會(huì)引起雙饋發(fā)電機(jī)定子繞組電流的增加，由于定子和轉(zhuǎn)子之間存在強(qiáng)耦合關(guān)系，這個(gè)電流也會(huì)涌入轉(zhuǎn)子回路和變流器，直流側(cè)母線(xiàn)電壓升高，機(jī)側(cè)變流器的電流以及有功、無(wú)功功率都會(huì)發(fā)生振蕩，同時(shí)引起轉(zhuǎn)子回路產(chǎn)生過(guò)電壓、過(guò)電流。過(guò)電流會(huì)損壞變流器，而過(guò)電壓會(huì)損壞發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組。

現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外的研究人員主要采用以下幾種技術(shù)實(shí)現(xiàn)DFIG的LVRT能力要求[27-28]：1）主動(dòng)式Crowbar保護(hù)電路；2）直流側(cè)能量存儲(chǔ)裝置；3）轉(zhuǎn)子電流控制。現(xiàn)對(duì)幾種技術(shù)進(jìn)行分析。

3.1 主動(dòng)式Crowbar保護(hù)電路

主動(dòng)式Crowbar電路[29-31]（active crowbar）加裝在轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子變流器之間，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)會(huì)產(chǎn)生過(guò)電流和直流鏈過(guò)電壓，Crowbar電路檢測(cè)到轉(zhuǎn)子過(guò)電流時(shí)動(dòng)作，短接轉(zhuǎn)子端部并旁路和阻斷轉(zhuǎn)子側(cè)變流器，從而起到限制轉(zhuǎn)子過(guò)電流和保護(hù)變流器的作用。此方法目前應(yīng)用最為廣泛，采用主動(dòng)式Crowbar電路的DFIG如圖4所示。

圖4 采用主動(dòng)式Crowbar電路的DFIG

采用主動(dòng)式Crowbar保護(hù)電路時(shí)應(yīng)主要注意2個(gè)問(wèn)題[32-35]：

1）由于在Crowbar保護(hù)電路動(dòng)作后，變流器的IGBT退出運(yùn)行，然后DFIG按鼠籠式異步電機(jī)運(yùn)行，DFIG的可控性喪失，在故障消除，Crowbar電路退出工作過(guò)程中，可能會(huì)再次出現(xiàn)過(guò)電流、過(guò)電壓的情況，因此需要對(duì)網(wǎng)側(cè)變流器的控制器進(jìn)行切換，調(diào)整后的控制方案為：以正常情況下的網(wǎng)側(cè)電壓為參考值，與檢測(cè)到的實(shí)際值相比較，經(jīng)PI環(huán)節(jié)，得到輸出無(wú)功功率的參考值。即為得到平滑的切換過(guò)程，必須將個(gè)參考值設(shè)定為此過(guò)程中的實(shí)際值，在Crowbar電路動(dòng)作后，網(wǎng)側(cè)變流器能夠最大限度地提供無(wú)功功率，從而補(bǔ)償DFIG從電網(wǎng)吸收的無(wú)功功率，緩慢過(guò)渡到正常狀態(tài)。

2）在主動(dòng)式Crowbar電路設(shè)計(jì)中，合理的選取放電電阻的阻值比較重要。選取較大阻值可以使暫態(tài)分量衰減的更快，但較大的電阻值可能會(huì)造成轉(zhuǎn)子側(cè)的過(guò)壓，使直流側(cè)電容反充電，同時(shí)還有可能損壞轉(zhuǎn)子側(cè)變流器。另外較大阻值的瞬態(tài)功耗也較大。從散熱角度對(duì)放電電阻的體積也有一定要求。

3.2 直流側(cè)能量存儲(chǔ)裝置（ESS）

電網(wǎng)發(fā)生低電壓故障時(shí)，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓比正常情況下低，系統(tǒng)將無(wú)法正常向電網(wǎng)輸送能量，但與此同時(shí)風(fēng)力機(jī)的慣性較大，風(fēng)力機(jī)自身的調(diào)槳系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)調(diào)節(jié)的范圍有限，因此所獲的風(fēng)能將有一部分過(guò)剩，因此需要將過(guò)剩部分能量存儲(chǔ)起來(lái)，故障清除后，再將該部分能量釋放到電網(wǎng)。國(guó)內(nèi)在這方面的研究還很少，國(guó)外的一些文獻(xiàn)提到目前的能量存儲(chǔ)裝置[36]主要用到超級(jí)電容器，主要是因?yàn)槌?jí)電容器具有高能量密度以及高效率，該裝置典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示。將該裝置接入DFIG如圖6所示。

圖5 直流側(cè)能量存儲(chǔ)裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖6 直流側(cè)能量存儲(chǔ)裝置接入DFIG

從圖6中可以看出，故障過(guò)程中，能量從轉(zhuǎn)子流出，經(jīng)過(guò)變換器，將所獲得的剩余能量存儲(chǔ)在ESS中?？尚写胧┤缦拢?/p>

1）將能量存儲(chǔ)在連接在直流母線(xiàn)的電阻器中，控制直流電壓在其正常值的±10%范圍內(nèi)；

2）通過(guò)一個(gè)電阻短路轉(zhuǎn)子繞組，并使發(fā)電機(jī)以傳統(tǒng)感應(yīng)電機(jī)方式運(yùn)行；

3）最終將存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)裝置中的能量釋放到電網(wǎng)。

該裝置的引入可以解決使用Crowbar在不同運(yùn)行狀態(tài)間切換從而產(chǎn)生工況切換引起的暫態(tài)過(guò)程，且可以進(jìn)行持續(xù)調(diào)控。但該裝置的容量必須滿(mǎn)足LVRT要求，因此需對(duì)其容量進(jìn)行確定。

3.3 轉(zhuǎn)子電流控制[37]

通過(guò)前面的分析，人們自然會(huì)想到通過(guò)快速半導(dǎo)體變換器迅速限制電流饋入電網(wǎng)，從而限制轉(zhuǎn)子側(cè)變流器過(guò)電流。但是在DFIG中，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器由于承受過(guò)電壓而失去對(duì)過(guò)電流的限制。國(guó)外一些文獻(xiàn)提出了一種控制方法以限制轉(zhuǎn)子電流，達(dá)到LVRT要求。

電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落故障時(shí)，由于風(fēng)機(jī)定子出現(xiàn)的直流分量和負(fù)序分量會(huì)在轉(zhuǎn)子感應(yīng)出較大電動(dòng)勢(shì)，而這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成為阻礙風(fēng)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)LVRT的重要因素。

經(jīng)過(guò)分析可以得到如下關(guān)系式：

由此式可以看出，轉(zhuǎn)子電流與轉(zhuǎn)子電壓以及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有緊密關(guān)系，所以對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器故障期間電流的控制的最大難點(diǎn)就是對(duì)由定子磁鏈決定的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的控制。

因此，在故障情況下可以通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子電流的控制，使轉(zhuǎn)子電流的方向位于定子磁鏈的直流分量和負(fù)序分量相反的方向上見(jiàn)圖7，從而可以在一定程度上削弱甚至消除定子磁鏈對(duì)轉(zhuǎn)子磁鏈的影響。其中“0”，“1”，“2”分別代表零序、正序、負(fù)序。

圖7 轉(zhuǎn)子電流控制

該方法就是不增加硬件，通過(guò)控制該電動(dòng)勢(shì)以限制故障電流，同時(shí)故障清除過(guò)程中的暫態(tài)過(guò)程也得到較好處理。

3.4 各種方法對(duì)比分析

以上只是對(duì)各種技術(shù)方法原理簡(jiǎn)單的介紹，通過(guò)研究從以下幾方面對(duì)3種技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。

1）發(fā)電機(jī)控制。主動(dòng)式Crowbar保護(hù)電路以及轉(zhuǎn)子電流控制過(guò)程中都會(huì)改變風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式，可能會(huì)導(dǎo)致故障中風(fēng)力機(jī)的有功和無(wú)功控制的喪失，因此在故障恢復(fù)過(guò)程中這2種方法會(huì)需要從電網(wǎng)吸收無(wú)功滿(mǎn)足發(fā)電機(jī)所需的勵(lì)磁，而且在一些情況下控制器為滿(mǎn)足新的運(yùn)行條件須進(jìn)行調(diào)整而引起過(guò)電壓，若采用能量存儲(chǔ)裝置，則不會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似這種情況。

2）能量控制。不同技術(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)獲取的多余部分能量控制采取不同的處理方法，然而都是在故障以及電壓恢復(fù)過(guò)程中將該部分能量釋放。第二種方法將能量存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)裝置中；第三種方法則以轉(zhuǎn)子慣性以及直流側(cè)電壓方式存儲(chǔ)；第一種方法同樣將能量?jī)?chǔ)存在轉(zhuǎn)子慣性、轉(zhuǎn)子阻抗還有直流側(cè)電容器中。3種方法中，轉(zhuǎn)子慣性在儲(chǔ)存該部分能量過(guò)程中都起到至關(guān)重要的作用，因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速應(yīng)該得到有效的監(jiān)控以防止過(guò)速。采用能量存儲(chǔ)裝置對(duì)于電網(wǎng)遠(yuǎn)程故障可以有效維持轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，其他兩種方法轉(zhuǎn)子都要經(jīng)歷加速過(guò)程。

3）轉(zhuǎn)子電流?？拷L(fēng)電場(chǎng)的故障最有可能引起大電流，后2種方法都會(huì)有大電流，而采用主動(dòng)式Crowbar保護(hù)電路可以快速限制大電流。

4）直流側(cè)電壓控制。越靠近風(fēng)電場(chǎng)的故障引起的直流側(cè)電壓變動(dòng)越大。前2種方法有另外其他途徑將轉(zhuǎn)子電流有效限制從而較好的防止了此電流對(duì)直流側(cè)電容產(chǎn)生較大影響，直流側(cè)電壓只是有很小的變動(dòng)。

通過(guò)以上對(duì)3種技術(shù)方法的作用對(duì)比分析，不難得出以下結(jié)論：

1）對(duì)于采用主動(dòng)式Crowbar保護(hù)電路的DFIG。該方法簡(jiǎn)單有效，成本較低，便于實(shí)現(xiàn)，但實(shí)際效果嚴(yán)重依賴(lài)于內(nèi)部運(yùn)行條件和故障特征，對(duì)于非對(duì)稱(chēng)故障能起到的作用有限。當(dāng)Crowbar電路動(dòng)作時(shí)，DFIG以鼠籠異步電機(jī)方式運(yùn)行，運(yùn)行方式變化比較大。然而，轉(zhuǎn)子電流得到有效控制，在故障清除，Crowbar退出運(yùn)行過(guò)程中直流側(cè)電壓會(huì)經(jīng)歷振蕩。對(duì)P-Q控制的喪失會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)消耗無(wú)功功率，因此機(jī)端電壓恢復(fù)過(guò)程會(huì)變慢。

2）采用能量存儲(chǔ)裝置的DFIG受故障嚴(yán)重程度的影響較大，除此之外該方法相對(duì)于其他兩種技術(shù)有明顯的優(yōu)勢(shì)。該方法在故障過(guò)程中仍保持對(duì)風(fēng)機(jī)的控制，有利于故障清除后風(fēng)機(jī)的恢復(fù)。但該方法無(wú)法對(duì)轉(zhuǎn)子電流進(jìn)行有效控制，若要保證變流器不因?yàn)檗D(zhuǎn)子電流而損壞，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器須選用較大容量的IGBT。

3）采用轉(zhuǎn)子電流控制技術(shù)時(shí)，同樣受電網(wǎng)故障嚴(yán)重程度的影響較大，故障過(guò)程中DFIG只會(huì)經(jīng)歷微小的輸出功率與極端電壓振蕩。與采用Crowbar電路一樣，喪失了P-Q控制，DFIG在故障清除過(guò)程中須消耗無(wú)功。該方法的電壓恢復(fù)過(guò)程快于第一種方法但慢于第二種方法。該方法最大的優(yōu)點(diǎn)就是不需要增加額外的裝置以滿(mǎn)足LVRT要求。

總之，3種技術(shù)方法的應(yīng)用都達(dá)到了LVRT的要求。

4 各技術(shù)方法的改進(jìn)以及新技術(shù)

經(jīng)過(guò)綜合分析研究，以及考慮到各技術(shù)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)各技術(shù)方法做出一定的改進(jìn)，會(huì)改善DFIG的LVRT能力，更好地滿(mǎn)足電網(wǎng)要求。

1）直流側(cè)能量存儲(chǔ)裝置。將能量存儲(chǔ)裝置與存儲(chǔ)電阻混合，該電阻不僅釋放能量而且可以用來(lái)控制直流側(cè)電壓。存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)裝置中的能量可以用來(lái)加速電網(wǎng)的恢復(fù)過(guò)程。此外，能量存儲(chǔ)裝置還可以在穩(wěn)定情況下應(yīng)用以減弱由風(fēng)速變換引起的電網(wǎng)波動(dòng)。但同時(shí)應(yīng)該考慮它的成本、容量體積大小以及生命周期問(wèn)題。

2）主動(dòng)式Crowbar保護(hù)電路。對(duì)Crowbar電路運(yùn)行的控制以及作用點(diǎn)的設(shè)置的影響應(yīng)加以考慮，另外須提出新型的Crowbar電路。

3）轉(zhuǎn)子電路控制。在直流側(cè)增加轉(zhuǎn)出電阻（直流側(cè)Crowbar）或者能量存儲(chǔ)裝置來(lái)處理直流側(cè)的過(guò)電壓。

除了前文提到為滿(mǎn)足LVRT要求主要采取的3種技術(shù)方法外，還有文獻(xiàn)提到在風(fēng)電場(chǎng)機(jī)端增加電力電子裝置或附加電路來(lái)滿(mǎn)足LVRT要求。

1）應(yīng)用可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置（TCSC）提高風(fēng)電場(chǎng)LVRT能力[38]。由于TCSC裝置具有可以通過(guò)調(diào)節(jié)自身觸發(fā)角從而快速改變自身阻抗的特性，因此將其接入風(fēng)電場(chǎng)作為限流器，限制故障時(shí)機(jī)端輸出電流，提高機(jī)端電壓，有效提高風(fēng)電場(chǎng)LVRT能力。TCSC接入風(fēng)電場(chǎng)模型如圖8所示。

圖8 TCSC接入風(fēng)電場(chǎng)模型

2）利用串聯(lián)制動(dòng)電阻（SDBR）提高風(fēng)電場(chǎng)LVRT能力。SDBR由電阻器、旁路開(kāi)關(guān)和控制器組成，既可以在風(fēng)電場(chǎng)出口集中安裝，也可以在各機(jī)組出口分別安裝。將SDBR串聯(lián)接入風(fēng)電場(chǎng)模型如圖9所示。在電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重故障而電壓跌落很低的情況下，利用很大的短路電流在SDBR上產(chǎn)生可觀(guān)的壓降進(jìn)而明顯提升機(jī)端電壓，電磁功率會(huì)獲得可觀(guān)的提高，有效地抑制了轉(zhuǎn)子加速，提高了風(fēng)電場(chǎng)的LVRT能力。

圖9 SDBR串聯(lián)接入風(fēng)電場(chǎng)模型

5 結(jié)語(yǔ)

本文從風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的LVRT要求及其他相關(guān)規(guī)定出發(fā)，依據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究成果及文獻(xiàn)，對(duì)于滿(mǎn)足DFIG的LVRT能力要求的技術(shù)進(jìn)行了較全面的分析對(duì)比。

在今后對(duì)DFIG的LVRT能力的研究中，需注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

1）本文提到的幾種技術(shù)方法都可以使DFIG滿(mǎn)足LVRT要求，風(fēng)電場(chǎng)能夠不間斷并網(wǎng)運(yùn)行，各變化量均在允許范圍內(nèi)。但它們各有利弊，都存在一些難以克服的問(wèn)題。研究過(guò)程中可考慮將幾種方法相結(jié)合，或改進(jìn)相應(yīng)的控制策略。

2）改善控制策略，改進(jìn)故障分析過(guò)程中DFIG模型，它對(duì)于輕微故障可以起到一定的作用。將其與其他技術(shù)方法相結(jié)合，形成一套完整的保護(hù)體系。

3）全控型電力電子器件發(fā)展及應(yīng)用的日趨成熟，可以更好地滿(mǎn)足風(fēng)電場(chǎng)的LVRT能力要求，但由于電力電子器件的容量以及經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，阻礙了其應(yīng)用，所以在風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃立項(xiàng)階段就需要針對(duì)不同情況進(jìn)行研究，從技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)等各方面提出具體的LVRT要求。這其實(shí)是更高一層的要求，需要今后進(jìn)一步加深研究。

4）具有LVRT能力的風(fēng)電場(chǎng)不但不會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)不利影響，反而相對(duì)于其他傳統(tǒng)電站會(huì)在一定程度上改善系統(tǒng)性能。

因此，風(fēng)電場(chǎng)的LVRT能力研究仍是今后一段時(shí)間風(fēng)電研究難點(diǎn)，同時(shí)也是一個(gè)重點(diǎn)，需要更多的技術(shù)人才研究來(lái)加以實(shí)現(xiàn)。

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