摘要：對風電機組低電壓穿越(LVRT)能力的有效檢測，是防止大規模風電機組從電網解列，保證電網安全穩定運行的前提。針對目前雙饋感應發電機組(DFIG)主要采用Crowbar電路來實現LVRT的解決方案，深入研究了該方案的檢測過程和參數設置，并基于對某風電場DFIG LVRT能力的現場檢測，通過模擬電網發生三相相間對稱故障和兩相相間不對稱故障，驗證了檢測過程和檢測結果的有效性。
關鍵詞：雙饋感應發電機；低電壓穿越；現場檢測

1 引言
近年來，我國風力發電產業發展迅猛，特別是風力資源豐富的地區，風電并網容量所占供電比重迅速上升，風力發電的間隙性、隨機性和不可控性，將給地區電網穩定運行帶來隱患，特別是風電機組是否具備LVRT能力，直接關系到大規模風電機組從電網解列，可能造成電網電壓和頻率崩潰，嚴重威脅電網安全穩定運行。目前，國內外文獻對風電機組LVRT的研究主要集中在功能特性、控制策略等方面，而對LVRT能力的檢測技術及檢測結果要求等方面研究甚少。雖然當前德國、丹麥等國家已制定了風電并網導則，規定了LVRT的要求，但對具體的檢測技術及方法的闡述很少。
這里基于對某風電場DFIG LVRT的現場實測，研究了其檢測技術及要求，并在不同風況下模擬電網發生三相相間對稱故障和兩相相間不對稱故障，深入分析了風電機組LVRT測試結果。

2 LVRT標準及要求
風電機組LVRT是指當電網故障或擾動引起風電場并網點電壓跌落時，在一定電壓跌落范圍內，風電機組能保證不脫網連續運行。當前各國根據實際情況提出的LVRT要求不同，圖1為各國對風電機組LVRT的標準要求。

德國、美國規定電網電壓跌落深度在15％以內要求風電機組不脫網運行，并能持續150 ms和625 ms，且要求在1．5 s和3 s后恢復至標稱電壓的90％以上；中國、西班牙、丹麥規定電網電壓跌落深度在20％以內要求風電機組不脫網運行，能持續625 ms，500 ms和100 ms，并分別在2 s，1 s，750 ms后恢復至標稱電壓的90％，80％，75％以上，只有當電網電壓跌落低于規定曲線后才允許風機脫網，當電壓跌落在凹陷部分內，還需向系統提供一定的無功支持。我國制定的風電機組LVRT標準要求相對適中，同時對有功功率恢復做了規定，對電網故障期間沒有切出電網的風電場，其有功功率在電網故障清除后應快速恢復，以至少10％Pn／s(Pn為額定功率)的功率變化率恢復至故障前的值。

3 DFIG LVRT檢測方法
3．1 LVRT的實現
目前應用較為成熟的方法是在轉子側加裝Crowbar電路，該方法簡單有效、便于實現，且成本較低。Crowbar電路分為主動式和被動式，由于被動式電路不能在電網故障時提供電壓支撐，也不能在故障清除后立即恢復對電網供電，難以適應新的風電并網規則要求，許多風機制造廠家均采用可關斷器件構成的主動式電路結構。
LVRT實現需風機主控系統、變流器控制系統、風力機槳距角控制系統間的協調配合控制，當電網故障或擾動引起風機機端電壓跌落，導致轉子側高電流超過設定值時，主控系統要求Crowbar電路投入，轉子側變流器退出，網側變流器正常并網運行，變流器控制系統執行命令；隨后風力機槳距角控制系統啟動，以減小捕風能力及機械轉矩；故障清除后，主控系統命令Crowbar電路退出，轉子側變流器投入，系統恢復正常運行。目前，國內風電場大多數風電機組內的風機、變流器、主控系統為不同制造商生產，需做到嚴密的配合控制，根據多次對風電場風電機組LVRT檢測結果的分析，在風電機組LVRT檢測時，引起風機跳機的主要原因集中在控制的配合上，特別是Crowbar動作時會產生較大的電流振蕩，不但會觸動保護動作引起跳機，同時也會影響齒輪箱、機械傳動軸等機械部件的安全運行和壽命，故要求在控制配合方面做到嚴密的邏輯順序和規劃，從而減小電流振蕩。此外，主控系統與各控制系統間的握手信號、信息傳遞等可靠性也直接影響到風電機組LVRT的可靠實現。
3．2 LVRT檢測方法
在德國、丹麥、西班牙等風電較發達國家，對風電機組LVRT檢測技術及裝置的研究已有一定基礎。而我國風電正處于發展期，國家電網公司2009年頒布的《風電場接入電網技術規定》明確了對風電機組LVRT的要求，國家能源局也于2011年7月發布了《防止風電大規模脫網重點措施》，對已并網運行的風電場機組LVRT抽檢和新并網風電機組LVRT檢測提出了強制性規定。目前，對風電機組LVRT檢測主要通過阻抗分壓、變壓器、電力電子變換3種方式實現，其中電力電子變換方式由于IGBT，GTO等開關器件容量的限制，仍停留在實驗室樣機研究階段，工程實踐應用主要采用阻抗分壓方式，包括固定式和移動式兩種類型。世界上首套35 kV／6 MVA晶閘管控制阻抗分壓式LVRT檢測裝置于2010年7月在中國國家風電研究檢測中心某試驗基地研制成功，該裝置能有效模擬電網電壓跌落和恢復過程，并能模擬電網三相相間對稱故障和兩相相間不對稱故障。

移動式LVRT檢測裝置主要針對風電場并網風電機組檢測，采用斷路器控制阻抗分壓式結構，安裝于車載集裝箱內部。以35 kV電壓等級移動式LVRT檢測裝置為例，圖2示出風電機組LVRT檢測示意圖，檢測裝置串接于箱變的高壓側，通過控制斷路器接入限流電抗器Xsr和短路電抗器Xsc來實現箱變高壓側電壓跌落，跌落深度h取決于系統阻抗Xs及Xsr，Xsc及h計算式為：
h=Xsc／(Xs+Xsr+Xsc) (1)
可見，改變Xsr，Xsc可實現多種h組合，以有效補償不同風電場及等效系統阻抗引起的跌落深度偏差，跌落持續時間通過控制Xsr，Xsc投入和切除時間獲得，相關標準規定檢測裝置跌落深度偏差為±5％，跌落時間、跌落持續時間、恢復時間的偏差為20 ms。

4 DFIG LVRT檢測結果分析
通過模擬電網發生三相相間對稱和兩相相間不對稱故障，在95％Pn時對某風電場DFIG LVRT進行現場實測，驗證了檢測過程和結果的有效性。被檢風機額定容量1．5 MW，機端出口電壓690 V，風機采用在轉子側裝Crowbar電路實現LVRT。如圖2所示，將35 kV移動式LVRT檢測裝置串接入箱變的高壓側，通過空載試驗模擬電網電壓跌落深度20％，持續時間625 ms，以確定Xsr和Xsc。
圖3為模擬三相相間對稱故障時的波形。可見，電壓最大跌落幅度約23％，持續時間約620 ms，電壓跌落瞬間最大瞬時電流達運行電流的2．5倍，故障解除后電流恢復時間9．35 s，功率恢復速率約77 kW／s，即5．13％Pn／s。

圖4為模擬兩相相間短路故障時的波形。可見，發生短路故障的兩相電壓跌落幅度51．2％，持續時間約622 ms，短路相最大瞬時電流達到運行電流的3．5倍，故障解除后電流恢復時間10．98 s，功率恢復速率4．36％Pn／s。

5 結論
這里在分析風電機組低電壓穿越標準和檢測方法的基礎上，研究了其檢測過程，并基于現場實測，通過模擬電網發生三相相間對稱故障和兩相相間不對稱故障，驗證了風電機組低電壓穿越能力檢測過程和結果的有效性。