风力发电中Crowbar的作用

　　一、风力发电中Crowbar的作用

　　从原理上讲，电网故障时候，风机侧的CCP电压会根据短路故障发生不同程度的降低，引起定子侧过电流，进而耦合出转子侧的过电流。采用保护电路（crowbar）必不可少，crowbar转子侧保护电路在故障时候的作用主要有两个，一是限制故障时候转子侧的过电流，二是限制故障时候直流侧的过电压，通常采用不可控三相二极管整流桥串接全控IGBT+限流电阻来实现，这时候阻值选取尤为关键，如果过低，起不到限流的作用。

　　二、风力发电机低电压穿越技术

　　1、问题的提出

　　对于变频恒速双馈风力发电机，在电网电压跌落的情况下，由于与其配套的电力电子变流设备属于AC/DC/AC型，容易在其转子侧产生峰值涌流，损坏变流设备，导致风力发电机组与电网解列。在以前风力发电机容量较小的时候，为了保护转子侧的励磁装置，就采取与电网解列的方式，但目前风力发电的容量都很大，与电网解列后会影响整个电网的稳定性，甚至会产生连锁故障。于是，根据这种情况，国外的专家就提出了风力发电低电压穿越的问题。

　　2、LVRT概念的解释

　　当电网发生故障时，风电场需维持一段时间与电网连接而不解列，甚至要求风电场在这一过程中能够提供无功以支持电网电压的恢复即低电压穿越。

　　目前对于风力发电低电压运行标准，主要以德国e.on netz公司提出的为参考。 双馈风力发电机由于其自身机构特点，实现LVRT存在以下几方面的难点：

　　1）确保故障期间转子侧冲击电流与直流母线过电压都在系统可承受范围之内；

　　2）所采取的对策应具备各种故障类型下的有效性；

　　3）控制策略须满足对不同机组、不同参数的适应性；

　　4）工程应用中须在实现目标的前提下尽量少地增加成本。

　　3、电网电压跌落后DFIG运行的暂态过程分析（感觉这部分内容需要理论推导） 在电网电压跌落情况下，风电机组中的双馈感应发电机会导致转子侧过流，同时转子侧电流的迅速增加会导致转子励磁变流器直流侧电压升高，发电机励磁变流器的电流以及有功和无功都会产生振荡。这是因为双馈感应发电机在电网电压瞬间跌落的情况下，定子磁链不能跟随定子端电压突变，从而会产生直流分量，由于积分量的减小，定子磁链几乎不发生变化，而转子继续旋转，会产生较大的滑差，这样便会引起转子绕组的过压、过流。如果电网出现的是不对称故障的话，会使转子过压与过流的现象更加严重，因为在定子电压中含有负序分量，而负序分量可以产生很高的滑差。过流会损坏转子励磁变流器，而过压会使发电机的转子绕组绝缘击穿。

　　三、低电压穿越技术的具体实现

　　目前的低电压穿越技术一般有三种方案：一种是采用了转子短路保护技术，二种是引入新型拓扑结构，三是采用合理的励磁控制算法。本周我主要看了前两种，以下分别介绍。

　　转子短路保护技术（crowbar电路）

　　这是目前一些风电制造商采用得较多的方法，其在发电机转子侧装有crowbar电路，为转子侧电路提供旁路，在检测到电网系统故障出现电压跌落时，闭锁双馈感应发电机励磁变流器，同时投入转子回路的旁路（释能电阻）保护装置，达到限制通过励磁变流器的电流和转子绕组过电压的作用，以此来维持发电机不脱网运行（此时双馈感应发电机按感应电动机方式运行）。 目前比较典型的crowbar电路有如下几种：

　　（1）混合桥型crowbar电路，如图1所示，每个桥臂有控制器件和二极管串联而成。

　　混合型crowbar电路

　　（2）IGBT型crowbar电路，如图2所示，每个桥臂由两个二极管串联，直流侧串入一个IGBT器件和一个吸收电阻。

　　IGBT型crowbar电路

　　（3）带有旁路电阻的crowbar电路，出现电网电压跌落时，通过功率开关器件将旁路电阻连接到转子回路中，这就为电网故障期间所产生的大电流提供了一个旁路，从而达到限制大电流，保护励磁变流器的作用。