低電壓穿越(LVRT)，指在風力發(fā)電機并網點電壓跌落的時候，風機能夠保持并網，甚至向電網提供一定的無功功率，支持電網恢復，直到電網恢復正常，從而“穿越”這個低電壓時間(區(qū)域)。是對并網風機在電網出現電壓跌落時仍保持并網的一種特定的運行功能要求。不同國家(和地區(qū))所提出的LVRT要求不盡相同。目前在一些風力發(fā)電占主導地位的國家，如丹麥、德國等已經相繼制定了新的電網運行準則，定量地給出了風電系統(tǒng)離網的條件(如最低電壓跌落深度和跌落持續(xù)時間)，只有當電網電壓跌落低于規(guī)定曲線以后才允許風力發(fā)電機脫網，當電壓在凹陷部分時，發(fā)電機應提供無功功率。這就要求風力發(fā)電系統(tǒng)具有較強的低電壓穿越(LVRT)能力，同時能方便地為電網提供無功功率支持，但目前的雙饋型風力發(fā)電技術是否能夠應對自如，學術界尚有爭論，而永磁直接驅動型變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)已被證實在這方面擁有出色的性能。
低電壓穿越具備能力
風電機組應該具有低電壓穿越能力
a)風電場必須具有在電壓跌至20%額定電壓時能夠維持并網運行620ms的低電壓穿越能力;
b)風電場電壓在發(fā)生跌落后3s內能夠恢復到額定電壓的90%時，風電場必須保持并網運行;
c)風電場升壓變高壓側電壓不低于額定電壓的90%時，風電場必須不間斷并網運行。
低電壓穿越對機組造價影響
    風電機組低電壓穿越(LVRT)能力的深度對機組造價影響很大,根據實際系統(tǒng)對風電機組進行合理的LVRT能力設計很有必要。對變速風電機組LVRT原理 進行了理論分析,對多種實現方案進行了比較。在電力系統(tǒng)仿真分析軟件DIgSILENT/PowerFactory中建立雙饋變速風電機組及LVRT功能 模型。以地區(qū)電網為例,詳細分析系統(tǒng)故障對風電機組機端電壓的影響,依據不同的風電場接入方案計算風電機組LVRT能力的電壓限值,對風電機組進行合理的 LVRT能力設計。結果表明,風電機組LVRT能力的深度主要由系統(tǒng)接線和風電場接入方案決定。設計風電機組LVRT能力時,機組運行曲線的電壓限值應根 據具體接入方案進行分析計算。
    解決：需要改動控制系統(tǒng)，變流器和變槳系統(tǒng)。中國的標準將是20%電壓，625ms，接近awea的標準。
    針對不同的發(fā)電機類型有不同的實現方法，最早采用也是最普遍的方案是采用CROWBAR，有的已經安裝在變頻器之中，根據不同的系統(tǒng)要求選擇低電壓穿越能力的大小，即電壓跌落深度和時間，具體要求根據電網標準要求。
    風電制造商采用得較多的方法，其在發(fā)電機轉子側裝有crowbar電路，為轉子側電路提供旁路，在檢測到電網系統(tǒng)故障出現電壓跌落時，閉鎖雙饋感應發(fā)電機 勵磁變流器，同時投入轉子回路的旁路(釋能電阻)保護裝置,達到限制通過勵磁變流器的電流和轉子繞組過電壓的作用，以此來維持發(fā)電機不脫網運行(此時雙饋 感應發(fā)電機按感應電動機方式運行)。也就是在變流器的輸出側接一旁路CRAWBAR，先經過散熱電阻,再進入三相整流橋,每一橋臂上為晶閘管下為一二極 管，直流輸出經銅排短接.當低電壓發(fā)生后,無功電流均有加大，有功電流有短時間的震蕩，過流在散熱電阻上以熱的形式消耗,按照不同的標準，能堅持的時間要根據電壓跌落值來確定。當然，在直流環(huán)節(jié)上也要有保護裝置.詳細就不討論.具體的討論再聯(lián)系。FRT的實物與圖片可供大家參考。但是大家所提到的FRT只是老式的,新式是在直流環(huán)節(jié)有保護裝置，但輸出側仍是無源CRAWBAR。
    crowbar觸發(fā)以后，按照感應電動機來運行，這個只能保證發(fā)電機不脫網，而不能向電網提供無功，支撐電網電壓?，F在LVRT能提供電網支撐的風機很少，這個是LVRT最高的level。德國已經制定標準了。最后還是得增加轉子變頻器的過流能力。
    另外，控制系統(tǒng)要嵌入動態(tài)電壓暫降補償器，當有暫降時瞬時將電壓補償上去，先保住控制系統(tǒng)不跳。ABB號稱采用了一種ACtive CROWBAR來實現低壓穿越功能。
低電壓穿越技術實現
    目前的低電壓穿越技術一般有三種方案：一種是采用了轉子短路保護技術，二種是引入新型拓撲結構，三是采用合理的勵磁控制算法。本周我主要看了前兩種，以下分別介紹。
1、轉子短路保護技術(crowbar電路)
    這是目前一些風電制造商采用得較多的方法，其在發(fā)電機轉子側裝有crowbar電路，為轉子側電路提供旁路，在檢測到電網系統(tǒng)故障出現電壓跌落時，閉鎖雙饋感應發(fā)電機勵磁變流器，同時投入轉子回路的旁路(釋能電阻)保護裝置,達到限制通過勵磁變流器的電流和轉子繞組過電壓的作用，以此來維持發(fā)電機不脫網運行(此時雙饋感應發(fā)電機按感應電動機方式運行)。
目前比較典型的crowbar電路有如下幾種：
(1)混合橋型crowbar電路，如圖1所示，每個橋臂有控制器件和二極管串聯(lián)而成。
(2)IGBT型crowbar電路，如圖2所示，每個橋臂由兩個二極管串聯(lián)，直流側串入一個IGBT器件和一個吸收電阻。
(3)帶有旁路電阻的crowbar電路，出現電網電壓跌落時，通過功率開關器件將旁路電阻連接到轉子回路中，這就為電網故障期間所產生的大電流提供了一個旁路，從而達到限制大電流，保護勵磁變流器的作用。
2、引入新型拓撲結構
    在雙饋感應發(fā)電機定子側與電網間串聯(lián)反并可控硅電路。在正常運行時，這些可控硅全部導通，在電網電壓跌落與恢復期間，轉子側可能出現的最大電流隨電壓跌落的幅度的增大而增大，為了承受電網故障電壓大跌落所引起的的轉子側大電流沖擊，轉子側勵磁變流器選用電流等級較高的大功率IGBT器件，這樣來保證變流器在電網故障時不與轉子繞組斷開時的安全。電網電壓跌落再恢復時，轉子側最大電流可能會達到電壓跌落前的幾倍。因此，當電網電壓跌落嚴重時，為了避免電壓回升時系統(tǒng)在轉子側所產生的大電流，在電壓回升以前，將雙饋感應發(fā)電機通過反并可控硅電路與電網脫網。脫網以后，轉子勵磁變流器重新勵磁雙饋感應發(fā)電機，電壓一旦回升到允許的范圍之內，雙饋感應發(fā)電機便能迅速地與電網達到同步。再通過開通反并可控硅電路使定子與電網連接。這樣可以減小對IGBT耐壓、耐流的要求。對于短時間內能夠接受大電流的IGBT模塊，可以減少雙饋感應發(fā)電機的脫網運行時間。轉子側大功率饋入直流側會導致直流側電容電壓的升高，而直流側的耐壓等級依賴于直流側電容的大小，因此直流側設計crowbar電路，在直流側安裝電阻來作吸收電路，將直流側電壓限制在允許范圍內。
    這種方式的不足之處是：該方案需要增加系統(tǒng)的成本和控制的復雜性。考慮到定子故障電流中的直流分量，需要可控硅器件能通過門極關斷，這要求很大的門極負驅動電流，驅動電路太復雜。這里的可控硅串聯(lián)電路如果采用穿透型IGBT的話，IGBT必須串聯(lián)二極管。而采用非穿透型IGBT的話，通態(tài)損耗會很大。理論上，如果利用接觸器來代替可控硅開關的話，雖通態(tài)時無損耗，但斷開動作時間太長。而且由于該方案在輸電系統(tǒng)故障時發(fā)電機脫網運行，因此對電網恢復正常運行起不到積極的支持作用。
低電壓穿越存在難點
1)確保故障期間轉子側沖擊電流與直流母線過電壓都在系統(tǒng)可承受范圍之內;
2)所采取的對策應具備各種故障類型下的有效性;
3)控制策略須滿足對不同機組、不同參數的適應性;
4)工程應用中須在實現目標的前提下盡量少地增加成本
低電壓穿越規(guī)模化工況低電壓穿越
    金風科技于10月下旬率先在國內通過規(guī)?；r條件下的低電壓穿越測試。此舉印證了直驅永磁的天然并網優(yōu)勢，將有力推動金風科技全面打造“電網友好型”產品，進一步為客戶發(fā)現和創(chuàng)造價值。本次測試地點位于甘肅瓜州自主化示范風電場，項目裝機總容量為30萬千瓦，全部采用了金風科技1.5MW直驅永磁風力發(fā)電機組。測試之前，金風科技在一天之內即完成對全部參測22臺機組的低電壓穿越升級改造。10月22日，在西北電網甘肅瓜州東大橋變電站330kV人工單相短路試驗條件下，有19臺機組在大風滿發(fā)工況下成功實現不對稱低電壓穿越，一次性通過比例高達86.4%。電網和投資商對此次測試結果表示了一致認可。
    低電壓穿越是當電網故障或擾動引起風電場并網點電壓跌落時，在一定電壓跌落的范圍內，風力發(fā)電機組能夠不間斷并網，從而維持電網的穩(wěn)定運行。在此之前，金風科技已于2010年6月在德國通過由Windtest驗證的低電壓穿越測試，并于2010年8月在國內通過由中國電力科學研究院驗證的低電壓穿越測試。
    本次測試則是國內首次由數十臺機組在實際運行條件下進行的工況測試，因此測試數據也更加具有實際應用價值和普遍說服力。
低電壓穿越 - 相關信息
    新的電網規(guī)則要求在電網電壓跌落時，風力發(fā)電機能像傳統(tǒng)的火電、水電發(fā)電機一樣不脫網運行，并且向電網提供一定的無功功率，支持電網恢復，直到電網電壓恢復，從而“穿越”這個低電壓時期(區(qū)域)，這就是低電壓穿越(LVRT)。
    雙饋風電機組低壓穿越技術的原。理:在外部系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，雙饋電機定子電流增加，定子電壓和磁通突降，在轉子側感應出較大的電流。轉子側變流器直接串連在轉子回路上，為了保護變流器不受損失，雙饋風電機組在轉子側都裝有轉子短路器。當轉子側電流超過設定值一定時間時，轉子短路器被激活，轉子側變流器退出運行，電網側變流器及定子側仍與電網相連。一般轉子各相都串連一個可關斷晶閘管和一個電阻器，并且與轉子側變流器并聯(lián)。電阻器阻抗值不能太大，以防止轉子側變流器過電壓，但也不能過小，否則難以達到限制電流的目的，具體數值應根據具體情況而定。外部系統(tǒng)故障清除后，轉子短路器晶閘管關斷，轉子側變流器重新投入運行。在定子電壓和磁通跌落的同時，雙饋電機的輸出功率和電磁轉矩下降，如果此時風機機械功率保持不變則電磁轉矩的減小必定導致轉子加速，所以在外部系統(tǒng)故障導致的低電壓持續(xù)存在時，風電機組輸出功率和電磁轉矩下降，保護轉子側變流器的轉子短路器投入的同時需要調節(jié)風機槳距角，減少風機捕獲的風能及風機機械轉矩，進而實現風電機組在外部系統(tǒng)故障時的LVRT功能。目前，風力發(fā)電技術領先的國家，如丹麥、德國、美國已經相繼定量的給出了風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越的標準。
    信息來源：拓普儀器儀表網 信息整理：www.jhyzan.com