風(fēng)電場低電壓穿越技術(shù)應(yīng)用指導(dǎo)培訓(xùn)中國風(fēng)能理論蘊藏量約為3226GW，可開發(fā)利用的風(fēng)電裝機容量約為2530GW，居于世界首位。中國10m高度以內(nèi)可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲蓄量估算約為100GW，其中海上的風(fēng)能儲蓄量約為75GW，陸地的風(fēng)能儲蓄量約為25GW。

目前中國在風(fēng)電發(fā)展方面繼續(xù)領(lǐng)先，在2009年已經(jīng)成為世界上新增風(fēng)電裝機的最大市場，總裝機容量從20081210萬千瓦增長到20092510萬千瓦，新增容量13002010年酒泉風(fēng)電基地裝機將達51620151,271萬千瓦，酒泉風(fēng)電場將成為名副其實的“”。風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀自1986年建設(shè)山東榮成第一個示范風(fēng)電場至今，風(fēng)電場裝機規(guī)模不斷擴大。世界風(fēng)能理事會（GWEC）日前宣布全球風(fēng)力發(fā)電200931%，共增加3750萬千瓦新裝機容量。其中，中國新增裝機占到全球的1/3，中國風(fēng)電連續(xù)第五年增長幅度再次超過100%。風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀風(fēng)電場結(jié)構(gòu)風(fēng)電場的組成部分風(fēng)電機群集電部分升壓變電站升壓變壓器無功補償裝置（電容器、電抗器、靜止無功補償裝置、濾波器）風(fēng)機結(jié)構(gòu)風(fēng)電機組是把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，它通常由風(fēng)輪（含葉片、輪轂等）、傳動系統(tǒng)（主軸、主軸承、齒輪箱和連接軸、機械剎車）、偏航系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)（發(fā)電機、控制系統(tǒng)、電容補償柜和變壓器）和機艙等組成?；竟ぷ髟恚菏紫韧ㄟ^風(fēng)輪把風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能，進而借助于發(fā)電機再把機械能轉(zhuǎn)化為電能。風(fēng)力機組并網(wǎng)電機到同步轉(zhuǎn)速，旁路接觸器投入，可控硅短路并網(wǎng)成功可控硅立即投入?？刂破鲗⒁罁?jù)限定值檢查投入電流剎車釋放，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速上升，電機轉(zhuǎn)速隨之增長，當(dāng)接近同步轉(zhuǎn)速時，電機接觸器吸合沒有故障，判斷風(fēng)速，滿足啟動條件，進入并網(wǎng)過程。4321風(fēng)力機組脫網(wǎng)如果電機出力持續(xù)低于脫網(wǎng)設(shè)定值，風(fēng)力機組將退出電網(wǎng)，處于待機狀態(tài)。斷開發(fā)電機接觸器，切除補償電容，斷開旁路接觸器，同時執(zhí)行正常剎車過程，使風(fēng)力機處于停止?fàn)顟B(tài)，等風(fēng)速滿足條件后再次執(zhí)行并網(wǎng)過程。這一過程是在風(fēng)速較低時進行的，電機出力為負功率時，吸收電網(wǎng)有功，風(fēng)力幾乎不做功。為防止風(fēng)力機在低風(fēng)速下頻繁啟動和停止，統(tǒng)計可控硅在1小時內(nèi)的投入次數(shù)，若投入次數(shù)大于4次，則停止并網(wǎng)，報故障，等待風(fēng)的狀態(tài)平穩(wěn)后由手動復(fù)位使風(fēng)力機組正常運行如果電機出力持續(xù)高于額定功率10%，將執(zhí)行正常停機。當(dāng)出力持續(xù)高于額定功率20%，將執(zhí)行安全停機，等待風(fēng)速降低后重新啟動電機運行。風(fēng)力機組切出風(fēng)速從結(jié)構(gòu)力學(xué)的角度衡量，由于風(fēng)速過高將導(dǎo)致葉片受的剪切力矩超出耐受額度，或機艙及其它設(shè)備因風(fēng)速過高而導(dǎo)致的諧振、剪切力矩過大而造成不必要的損失，因而在風(fēng)速超出允許值時，風(fēng)力機組應(yīng)有相應(yīng)反應(yīng)。在風(fēng)速超出額定值時電機轉(zhuǎn)速不會上升很大。但當(dāng)電網(wǎng)頻率上升時，電機同步轉(zhuǎn)速上升，要維持電機出力基本不變，只有在原有轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上進一步上升。如果轉(zhuǎn)速超出同步轉(zhuǎn)速5%，除了順槳還應(yīng)使風(fēng)力機組側(cè)風(fēng)90°，以使風(fēng)力機組轉(zhuǎn)速迅速下降。當(dāng)然，只要轉(zhuǎn)速沒有超出允許限額，只須執(zhí)行正常剎車，在安全的同時保護剎車閘塊。風(fēng)機分類根據(jù)槳葉控制分類：定槳、變槳、主動失速根據(jù)發(fā)電機技術(shù)：普通感應(yīng)電機、雙饋電機同步電機（永磁或電勵磁）根據(jù)傳動系統(tǒng)：有齒輪箱(半直驅(qū)）、直驅(qū)恒速恒頻風(fēng)電機組（普通異步發(fā)電機）

該類型風(fēng)電機組通常只能在很小的轉(zhuǎn)差變化范圍內(nèi)運行，不能充分有效地利用風(fēng)能。發(fā)電機為鼠籠式感應(yīng)電機，運行時需要從系統(tǒng)中吸收無功功率，可在機端裝設(shè)并聯(lián)電容器組提供風(fēng)電機組所需的無功功率。繞線式轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機作為發(fā)電機，轉(zhuǎn)子與定子側(cè)通過變流器聯(lián)系。能夠在較大的范圍內(nèi)實現(xiàn)變速運行，風(fēng)能利用效率高；

采用矢量控制技術(shù)后可以實現(xiàn)有功功率與無功功率的解耦控制。變速恒頻風(fēng)電機組（雙饋感應(yīng)電機）發(fā)電機為多極永磁同步電機，經(jīng)過容量與電機容量

相當(dāng)?shù)谋晨勘呈阶兞髌髋c系統(tǒng)相連。變速恒頻風(fēng)電機組（永磁同步直驅(qū)電機）風(fēng)電接入對電網(wǎng)影響存在問題風(fēng)電場的場址多在電網(wǎng)末端，需要新建輸電線路和變電站等設(shè)施，接入系統(tǒng)規(guī)劃和投資建設(shè)往往落后于風(fēng)電項目的實施。風(fēng)電的隨機性給電網(wǎng)的穩(wěn)定運行帶來影響，需要電網(wǎng)企業(yè)提供附加服務(wù)，增加成本，存在接納大容量風(fēng)電的技術(shù)條件。風(fēng)電接入對電網(wǎng)影響有功功率電網(wǎng)故障或特殊運行方式要求降低風(fēng)電場有功功率，以防止輸電線路發(fā)生過載，確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定性；當(dāng)電力系統(tǒng)調(diào)頻能力不足時，需要限制風(fēng)電場的功率變化率(MW/min)；當(dāng)電網(wǎng)頻率過高時，如果常規(guī)調(diào)頻電廠容量不足，則需要降低風(fēng)電場有功功率。系統(tǒng)調(diào)峰問題嚴重！風(fēng)電接入對電網(wǎng)影響無功容量風(fēng)電場無功功率的調(diào)節(jié)范圍和響應(yīng)速度，需要根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組運行特性、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和特點決定，應(yīng)滿足風(fēng)電場并網(wǎng)點電壓調(diào)節(jié)的要求。無功電源風(fēng)電場無功補償裝置可采用分組投切的電容器或電抗器，必要時采用可以連續(xù)調(diào)節(jié)的靜止無功補償器或其他先進的無功補償裝置。運行電壓當(dāng)并網(wǎng)點電壓在額定電壓的90%~110%范圍內(nèi)，風(fēng)電場應(yīng)能正常運行。電壓偏差

當(dāng)風(fēng)電場的并網(wǎng)電壓為110kV及其以下時，風(fēng)電場并網(wǎng)點電壓的正、負偏差的絕對值之和不超過額定電壓的10%。

當(dāng)風(fēng)電場的并網(wǎng)電壓為220kV及其以上時，正常運行時風(fēng)電場并網(wǎng)點電壓的允許偏差為額定電壓的-3～+7%風(fēng)電場自身無功補償容量不足或補償速度不滿足要求，則可能導(dǎo)致系統(tǒng)電壓嚴重下降！低電壓穿越的概念當(dāng)電網(wǎng)故障或擾動引起風(fēng)電場并網(wǎng)點的電壓跌落時，在一定電壓跌落的范圍內(nèi)，風(fēng)電機組能夠不間斷并網(wǎng)運行。LVRT：LowVoltageRideThrough也有故障穿越的提法。FRT：FaultRideThrough低電壓穿越的概念由于風(fēng)電機組一般采用異步發(fā)電機技術(shù)，電網(wǎng)發(fā)生故障時機端電壓難以建立，若風(fēng)電機組繼續(xù)掛網(wǎng)運行，將會影響到電網(wǎng)電壓無法恢復(fù)，因此，電網(wǎng)發(fā)生故障出現(xiàn)電壓跌落時，一般都是采取切除風(fēng)電機組的方法來處理。高風(fēng)速期間，由于輸電網(wǎng)故障引起的大量風(fēng)電切除會導(dǎo)致系統(tǒng)潮流的大幅變化甚至可能引起大面積的停電，而帶來頻率的穩(wěn)定問題。低電壓穿越的概念系統(tǒng)中某節(jié)點電壓跌落的嚴重程度與此節(jié)點距離故障點的電氣距離遠近

此節(jié)點固有的無功電壓支撐能力密切相關(guān)電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落對風(fēng)電機組的影響１機械、電氣功率的不平衡影響機組穩(wěn)定運行。２暫態(tài)過程導(dǎo)致發(fā)電機中出現(xiàn)過流，可能損壞器件。３附加的轉(zhuǎn)矩、應(yīng)力可能損壞機械部分國內(nèi)機組低電壓運行能力現(xiàn)狀變速風(fēng)電機組的LVRT功能，受制于電力電子器件自身的過流能力。一般而言，IGBT的過流能力只是額定電流的兩倍。現(xiàn)有國產(chǎn)風(fēng)電機組配備有被動Crow-bar，無法實現(xiàn)LVRT。低電壓穿越原理低電壓穿越原理電網(wǎng)側(cè)變流器的主要功能是控制電容電壓恒定，為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器提供電源支持。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器為轉(zhuǎn)子繞組提供幅值、相位和頻率可變的勵磁電流，從而對機組輸出的有功和無功進行獨立控制在電網(wǎng)電壓跌落情況下，風(fēng)電機組中的雙饋感應(yīng)發(fā)電機會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子側(cè)過流，同時轉(zhuǎn)子側(cè)電流的迅速增加會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子勵磁變流器直流側(cè)電壓升高，發(fā)電機勵磁變流器的電流以及有功和無功都會產(chǎn)生振蕩。這是因為雙饋感應(yīng)發(fā)電機在電網(wǎng)電壓瞬間跌落的情況下，定子磁鏈不能跟隨定子端電壓突變，從而會產(chǎn)生直流分量，由于積分量的減小，定子磁鏈幾乎不發(fā)生變化，而轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，會產(chǎn)生較大的滑差，這樣便會引起轉(zhuǎn)子繞組的過壓、過流。轉(zhuǎn)子變流器退出運行，轉(zhuǎn)速加大到一定限值，機組退出運行。如果電網(wǎng)出現(xiàn)的是不對稱故障的話，會使轉(zhuǎn)子過壓與過流的現(xiàn)象更加嚴重，因為在定子電壓中含有負序分量，而負序分量可以產(chǎn)生很高的滑差。過流會損壞轉(zhuǎn)子勵磁變流器，而過壓會使發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組絕緣擊穿。

低電壓穿越原理低電壓穿越原理控制過程：1、直流母線電壓過限，CROWBAR投入，旁路轉(zhuǎn)子側(cè)變流器，電網(wǎng)側(cè)變流器與電網(wǎng)相連。2、風(fēng)機控制系統(tǒng)的槳距角控制系統(tǒng)作用，減少風(fēng)機捕獲風(fēng)能，重新建立機組端電壓。3、故障清除后，機組端電壓恢復(fù)，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器恢復(fù)正常運行。美國低電壓穿越標準1.風(fēng)電場必須具有在電壓跌至15%額定電壓時能夠維持并網(wǎng)運行625ms的低電壓穿越能力；2.風(fēng)電場電壓在發(fā)生跌落后3s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90％時，風(fēng)電場必須保持并網(wǎng)運行（任何時間，只要電壓值不低于圖中的電壓曲線）。低電壓穿越標準德國要求電網(wǎng)電壓跌落到15%時持續(xù)300ms。澳大利亞要求電網(wǎng)電壓跌落到0%時持續(xù)175ms。丹麥要求電網(wǎng)電壓跌落到25%時持續(xù)100ms。我國目前還沒有具體的標準。解決方案１依靠機組本身實現(xiàn)LVRT２改變轉(zhuǎn)子回路勵磁方式。３無功補償方案。轉(zhuǎn)子側(cè)保護電路(1)混合橋型crowbar電路，如圖所示，每個橋臂由控制器件GTO晶閘管和二極管串聯(lián)而成。

轉(zhuǎn)子側(cè)保護電路IGBT型crowbar電路，如圖所示，每個橋臂由兩個二極管串聯(lián)，直流側(cè)串入一個IGBT器件和一個吸收電阻轉(zhuǎn)子側(cè)保護電路帶有旁路電阻的crowbar電路，如圖所示，出現(xiàn)電網(wǎng)電壓跌落時，通過功率開關(guān)器件將旁路電阻連接到轉(zhuǎn)子回路中，這就為電網(wǎng)故障期間所產(chǎn)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.勵磁變流器在電網(wǎng)故障期間，與電網(wǎng)和轉(zhuǎn)子繞組一直保持連接，因而在故障期間和故障切除期間，雙饋感應(yīng)發(fā)電機都能與電網(wǎng)一起同步運行。當(dāng)電網(wǎng)故障消除時，關(guān)斷功率開關(guān)，便可將旁路電阻切除，雙饋感應(yīng)發(fā)電機轉(zhuǎn)入正常運行

定子側(cè)保護電路變流器通過發(fā)電機定子端的串聯(lián)變壓器增加交流開關(guān)實現(xiàn)與電網(wǎng)串聯(lián)連接，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器選用電流等級較高的大功率IGBT，故障時定子側(cè)產(chǎn)生較大的暫態(tài)電流，此時通過控制晶閘管觸發(fā)延遲角對此電流進行限制。將變流器與電網(wǎng)進行串聯(lián)連接，則雙饋感應(yīng)發(fā)電機定子端的電壓為網(wǎng)側(cè)電壓和變流器輸出的電壓之和。這樣便可以通過控制變流器的電壓來控制定子磁鏈，有效的抑制由于電網(wǎng)電壓跌落所造成的磁鏈振蕩，從而阻止轉(zhuǎn)子側(cè)大電流的產(chǎn)生，減小系統(tǒng)受電網(wǎng)擾動的影響，達到強化電網(wǎng)的目的。但這種方式將增加系統(tǒng)許多成本，控制也比較復(fù)雜。定子側(cè)保護電路直流側(cè)保護電路投入卸載單元，消耗掉直流側(cè)多余的能量，則可以保持電壓穩(wěn)定。常規(guī)的卸載單元采用功率器件與電阻串聯(lián)形式多余的能量通過電阻消耗掉。采用能量存儲設(shè)備(ESS)，能量可雙向流動的DC/DC變換器與直流側(cè)連接，隨著DFIG實際轉(zhuǎn)速的變化，既可以發(fā)送有功功率，又可以在必要條件下吸收有功功率，故障時可以把多余的能量存儲在ESS中。在直流側(cè)增加保護電路會在一定程度上加大轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的設(shè)計難度，必須增加轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的容量。

組合保護電路直驅(qū)型系統(tǒng)直流側(cè)保護電路1、電網(wǎng)電壓跌落時，直流