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摘要：我国风电经过多年的快速发展，跻身三大能源之列，而风力发电技术也得以迅猛发展。各国也相继制定风电并网的技术准则，来减小大规模风电并网造成的不利影响，而风机的低电压穿越能力则是风电并网问题中最大的难点。
关键词：风力发电；电网电压跌落；低电压穿越技术
引言
能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。风力发电在清洁能源与可再生能源中是发展前景最好的发电方式之一，风力发电的开发技术已经很成熟了，它对环境的破坏也是最低，在开发成本上降低的最快，开发的条件成熟，运行也较为灵活。根据国家能源局发布的《可再生能源发展“十三五”规划》，到2020年末，累计并网装机容量必须要提升至2.1亿千瓦，除此之外，海上风电并网装机容量必须提升至500万千瓦;风电年发电量应提升至4200亿千瓦时，这个数值大约为全国发电总量的6%。
1低电压穿越技术的技术要求
国家电网公司召开的“促进新能源发展工作会议”上，发布了《国家电网公司风电场接入电网技术规定（修订版）》，以规范风电并网，促进风电行业的发展。其中对风电机组低电压穿越能力做出了详细的要求，当风场并网点电压在图中的电压轮廓线以下的时候，场内的风电组是允许从电网中切除的，反之场内风电机组则必须保证不断并网运行。规定的风电场的低电压穿越的要求为以下几点。
（1）在风电场的风电机组的并网点电压降到额定电压的20%时可以保持并网运行625ms低电压穿透的能力。
（2）在风电场的并网点的电压发生跌落后的3s中可以重新回到额定电压的90%时，其风电机组可保持并网运行。
2DFIG的低电压穿越技术
变速恒频双馈发电机(doublyfedinductiongenera-tor，DFIG)凭借着励磁变频器容量小，有功和无功均可独立控制的优点，在风电中得到了越来越广泛的应用。目前，对电网电压骤降故障下双馈风力发电机组的瞬态特性及其LVRT研究，已成为该领域的重点。
2.1通过改变控制策略的LVRT技术
对双馈风力发电机电磁暂态特性进行分析，以控制故障期间转子过电压。在分析对称故障下DFIG的暂态电压后，作者提出与对称故障相比，非对称故障下除了磁链暂态直流分量会造成转子过电压外，磁链负序分量也会造成一样的影响。而磁链负序分量与直流分量在转子坐标系下只是存在转速的不同，因此，适用于对称故障的注入相应补偿量的控制策略在非对称故障下也可采用。整个控制系统可分为3个部分:定子磁链的解耦、补偿电流的计算和转子电流闭环控制的实现。
2.2通过增加硬件设备的LVRT技术与软件研究
相比，基于硬件控制的LVRT技术希望在电网故障时切入硬件保护电路，从而达到消耗发电系统内部多余能量的目的。转子侧Crowbar的作用就是在电网电压骤降时，当转子侧电流或直流母线电压达到一定值的情况下，立即投入Crowbar电路为转子浪涌电流提供回路，从而控制RSC过流和转子绕组电压过高，以保护转子侧变流器，保持短时间内DFIG不脱网运行的目的。
Crowbar保护电路的优点是简单有效、成本低、易于实现，可以保护励磁变频器，但同时也存在严重不足，其动作期间，DFIG将作为并网笼型异步发电机与电网连接运行，需要从电网吸收大量无功，从而影响电网电压的恢复。目前，对Crowbar保护的研究主要集中在两方面。
一是Crowbar阻值大小的选取，通常认为投入Crowbar后可以将DFIG作为绕线式感应电机来分析，此时Rcrow越大，转子电流减小越快，并且电流、转矩振荡幅值将越小，但是Rcrow大于一定值的话，转子逆变器中功率开关器件和转子绕组上电压会急剧升高，并使直流母线电压Udc振荡幅值增大，通过整定计算确定了Crowbar电阻的取值范围；
二是Crowbar投切时间的选择，时间不正确将会使得Crowbar多次动作。撬棒电路应在故障清除前切出，而且切出时间越接近故障清除，对系统恢复越有利。
2.3发电机测试平台的构建
2.3.1测试平台的构建
发电机测试平台由驱动电机、驱动变流器、测试电机、测试变流器、变压器、用来驱动联轴器的辅助电动机和电压跌落发生装置等组成。测试电机为双馈风电机组拟采用的新型号发电机；平台测试变流器的参数、拓扑结构及控制策略与现场测试机组变流器保持一致。驱动电机和测试电机采用双馈电机，通过联轴器连接；采用辅助电动机驱动联轴器，由两台变流器分别对驱动电机和测试电机的转子进行控制，使驱动电机处于电动运行，测试电机处于发电运行；在转速达到并网转速后进行并网，待驱动电机和测试电机对拖稳定后，停止辅助电动机运行；调节驱动电机变流器来改变驱动电机转速，调节测试电机变流器使测试电机输出功率达到该转速对应的功率值。电压跌落发生装置串联接入测试电机升压变压器的高压侧，利用阻抗分压原理在短路点产生测试要求的电压跌落。
2.3.2测试程序及内容
为测试发电机变化后与同一型号变流器在电压跌落时的响应特性，按照以下程序进行。
（1）空载测试。使发电机和变流器处于停机状态，断开测试发电机变压器高压侧与电压跌落发生装置的连接开关，控制电压跌落发生装置在短路点产生电压跌落，使电压分别跌落至0.2(pu)和0.5(pu)，跌落持续时间分别为625ms和1214ms。
（2）负载测试。负载测试在空载测试的电压跌落幅值及持续时间满足要求后进行。使测试发电机和变流器处于运行状态，当测试发电机功率分别在大功率输出（大于额定功率的90%）和小功率输出（在额定功率的10%～30％之间）时，进行三相电压跌落和两相电压跌落测试。控制电压跌落发生装置使短路点电压分别跌落至0.2(pu)和0.5(pu)，跌落持续时间分别为625ms和1214ms。在测试点采集三相电压、三相电流，采样频率至少为5kHz。数据采集时长包括电压跌落前10s至电压恢复正常后15s。每个工况需连续两次通过负载测试。
2.4变流器控制策略
变流器控制发电机实现低电压穿越功能。并网期间，一旦发生电压跌落，会瞬时导致发电机定转子电流骤升且产生振荡，变流器不仅要在软件算法上进行电流抑制控制，也需要通过硬件泄放电路完成能量释放，以保护绝缘栅双极晶体管等功率器件及发电机。硬件泄放电路主要包括直流母线泄放电路和转子侧泄放电路。变流器不仅需要增加直流母线泄放电路模块和转子侧泄放电路模块，而且需要增加电流监测模块、温度检测模块、不间断电源等，用于低电压穿越期间直流侧及转子侧的大电流泄放，稳定直流母线电压。
3结束语
风力发电系统是一个庞大的系统，包括集成化高、控制较为复杂以及结构具有庞大性。在电网电压发生跌落的程度较轻的时候，可以通过对系统的控制策略进行相关的改进，便可以有效的提升风电系统的低电压的穿越的能力，这是在不增加硬件的条件下。一旦电压的跌幅较大，此时便必须要通过增加硬件的方式，再跟之前的控制策略进行配合，综合协调就可以实现风电系统并网中的发展要求。
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