唐 洲，陳元初，熊 健，黃啟釗

一種高可靠性Crowbar電路設(shè)計(jì)與仿真

唐 洲1，陳元初2，熊 健3，黃啟釗4

（株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司，湖南株洲 412001）

由于雙饋電機(jī)（DFIG）的特殊性，使其對(duì)電網(wǎng)擾動(dòng)較為敏感，當(dāng)電網(wǎng)大幅跌落時(shí)，轉(zhuǎn)子回路產(chǎn)生電壓，電流沖擊以及電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，威脅DFIG系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為了消耗轉(zhuǎn)子回路中的多余能量，Crowbar電路的低壓穿越技術(shù)，使得該技術(shù)得以廣泛應(yīng)用。本文介紹了新型Crowbar電路的工作原理，結(jié)合工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，給出了合理的參數(shù)整定方法，期望改善Crowbar電路的工作壽命和在惡劣工況下的性能表現(xiàn)。最后，通過仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證了該電路的有效性。

雙饋電機(jī) 低壓穿越 Crowbar

0 引言

DFIG風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)是我國陸上風(fēng)電采用的主要形式，通過轉(zhuǎn)子側(cè)加裝Crowbar電路是DFIG系統(tǒng)采用的主要解決方案。在實(shí)際工程應(yīng)用中，Crowbar電路設(shè)計(jì)上需要解決如下幾個(gè)問題：1）Crowbar電阻參數(shù)整定，Crowbar電阻值不能太大，以免轉(zhuǎn)子側(cè)電壓過高，使得機(jī)側(cè)變流器出現(xiàn)電流倒灌，抬升直流母線電壓，損壞IGBT模塊，Crowbar電阻值不能太小，否則無法限制轉(zhuǎn)子回路沖擊電流；2）IGBT過壓保護(hù)，由于線路中的雜散電感的存在，使得IGBT關(guān)斷過電壓。

本文分析了電網(wǎng)跌落條件下的DFIG電磁暫態(tài)過程，分別建立了轉(zhuǎn)子側(cè)接入Crowbar電阻下的數(shù)學(xué)模型。作者根據(jù)Crowbar電阻所在位置，將國內(nèi)風(fēng)電行業(yè)的Crowbar電路形式分為AC級(jí)能量消耗型和DC級(jí)能量消耗型，對(duì)比了各自的優(yōu)缺點(diǎn)并指導(dǎo)工程化應(yīng)用。

1 LVRT過程中的DFIG電磁暫態(tài)分析

1.1 DFIG在同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型

圖1所示為DFIG系統(tǒng)原理圖，其中定子側(cè)直接與電網(wǎng)相連，轉(zhuǎn)子側(cè)與四象限變換器連接，Crowbar電路并在轉(zhuǎn)子側(cè)，同時(shí)與機(jī)側(cè)濾波器相連。Crowbar在電網(wǎng)大幅跌落時(shí)觸發(fā)，保護(hù)DFIG系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2是DFIG在同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系的等效電路。則定子，轉(zhuǎn)子的電壓矢量，磁鏈?zhǔn)噶勘磉_(dá)式分別為

圖1 DFIG系統(tǒng)原理圖

圖2 DFIG系統(tǒng)原理圖