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摘要：近年来，双馈感应发电机（doublyfedinductiongenerator，DFIG）在风力发电系统中得到广泛应用。针对目前低电压穿越（LVRT）方案，尤其是转子并联撬棒在穿越过程中存在的不足，提出了一种软硬件结合的双馈风力发电机（DFIG）综合低电压穿越策略。在双馈感应发电机（doubly-fedinductiongenerator，DFIG）基于电压源输出并入弱电网的条件下，针对系统中含有非线性负载的情况，提出一种改善公共连接点（pointofcommoncoupling，PCC）谐波电压的方法。
关键词：双馈风力发电机；低电压；穿越；措施
1ＡＤＮ电流正序故障分量的分布
1.1正序故障网络特征分析
传统配电网主要采用非有效接地方式，故障类型分为相间故障和接地故障，相比而言，相间故障造成的影响更为严重。光伏采用正序分量控制，其输出的故障电流只包含正序故障分量，故障模型可看作受并网点正序电压控制的电流源。因此，本文研究适用于ＡＤＮ相间故障的保护方法，建立正序故障附加网络进行故障分析，等效模型如图1所示。需要说明的是，ＡＤＮ故障后的电气量变化是由故障类型及ＤＧ的控制策略共同决定，由于本文的故障分析为基于故障附加网络，因此可使用故障分量表示电气量的变化。
图1正序故障分量附加网络
图1中，箭头表明馈线正序电流故障分量，正方向为母线指向线路；ΔＩ１—ΔＩ５为光伏输出的等效正序附加电流；Ｚｓ为系统等效正序阻抗；Ｚ２０、Ｚ４０、Ｚ５０、Ｚ６０为负荷等效正序阻抗；Ｚ５６、Ｚ１２、Ｚ１Ｆ、Ｚ３４、Ｚ３Ｆ、Ｚ１５、Ｚ５６为线路等效正序阻抗；当发生故障时，在故障点处产生正序附加电压源ΔＵＦ，ＺＦ为故障点的过渡阻抗；Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３为ＡＤＮ内不同的故障位置。本文将详细分析ＡＤＮ不同位置发生故障时各馈线电流正序故障分量特征。
1.2ＡＤＮ保护实现方案
本文设置的ＡＤＮ保护方案中，馈线保护检测到正向故障后，本端需延时速动跳闸，同时需使用单端通信以检测对端保护是否检测到正向故障，通过对端通信，实现全线速动；保护动作跳闸后，还需向网内其他保护发送闭锁信号。因此，ＡＤＮ通信架构的设计需要充分考虑通信的实时性、可靠性、可扩展性及经济性。
2低电压穿越策略分析
2.1Crowbar电路投切策略
当联络线发生故障时，导致机组转子过电流，直流母线过电压，为了防止转子侧变流器烧坏，在转子侧加入主动式Crowbar电路有效降低了故障发生时转子侧电流和直流母线电压。转子侧投入Crowbar的作用原理为：当检测到转子侧三相电流中任一相电流的瞬时值超过转子额定电流的1．7倍时，主动式Crowbar投入，转子侧变换器被短路，但网侧（定子侧）变换器仍与电网相连，DFIG以异步发电机状态运行。
电网故障后，在此期间转子暂态电流增大，当实测转子电流大于设定的转子电流阈值时，撬棒电路投入，撬棒投入期间转子侧变换器处于闭锁状态，撬棒电路一直投入时长为T且检测到的转子侧电流已经低于设定的阈值时将撬棒电路切出。转子侧变换器在重启控制策略作用下运行，重新检测转子侧电流是否超过阈值，依次循环直到故障从电网切除，转子侧变换器就可以恢复自身的控制策略。联络线发生故障时，当机组未投入撬棒电路时，转子侧未被短接，依然工作，变换器可以通过对转子电流进行控制从而控制机组的有功、无功输出，此时故障期间的定子电流也受到控制策略的影响。定子电流在故障发生时突然增大，然后快速减小，因为双馈风电机组的暂态过渡过程主要发生在电网电压跌落发生及恢复两个时间段，若不采取任何保护措施，容易烧毁转子侧变流器，从而导致大面积停电。在撬棒电路投入后，增大了双馈机转子侧的等效电阻，有效抑制了定、转子的最大短路电流。
2.2无功功率分配策略
DFIG机组在正常工作时运行在单位功率因数状态下，输出的无功功率几乎为零。当电网发生电压跌落时，为了维持母线电压的稳定，需要调整DFIG机组的控制策略使其不再工作在单位功率因数下，为系统提供一定的无功功率支持。当前的DFIG机组多设置有Crowbar电路，当电网电压出现跌落故障，使得转子侧电流和直流母线电压超限时，Crowbar保护电路将会被激活，封锁机侧变流器PWM脉冲，从而对转子侧变流器和直流侧电容起到很好的保护作用。但Crowbar电路动作时，DFIG机组将变成普通的异步发电机，需要从电网吸收大量的无功功率，这使得DFIG自身的无功支持能力被浪费，因此，文章根据电网故障的严重程度来控制Crowbar电路的投入。
由于DFIG机组自身提供无功功率的能力有限，当无功功率需求超过DFIG自身的无功限制时，需要降低其有功出力以提高无功上限，这种控制方式降低了DFIG发电机经济性。而VSC-HVDC的换流器容量较大，也可以对系统进行动态的无功支持。因此可以优先选择VSC-HVDC的风电场侧换流器无功容量对系统进行补偿，如补偿后依然有无功缺额，再利用DFIG风电机组自身的无功补偿能力。
2.3控制策略
根据上述无功功率分配策略，系统的整体控制框图如图2所示，当系统发生电压跌落时，首先将电压偏差送入station1计算无功功率缺额ΔQ，将风电场侧换流器（WFVSC）所需要承担的无功功率转换为参考信号送入WFVSC，剩余的无功功率缺额通过station2合理的分配给DFIG机组的转子侧换流器和网侧换流器。
图2系统的整体控制框图
VSC-HVDC包括风电场侧换流器（WFVSC）和网侧换流器（GSVSC），均参考传统的矢量控制建立双闭环控制结构。其中网侧换流器在本文控制策略中不参与分担无功缺额。网侧换流器的主要控制目的是维持受端电压的恒定和保证直流侧功率的平衡，因此网侧换流器以直流电压和无功功率为控制目标。
风电场侧换流器的目的是将风电场发出的功率输送至电网并保证风电场的并网电压要求，因此控制目标也是无功功率和直流电压，但其参与无功缺额的分担，无功功率的参考值为station1计算的参考信号。对于DFIG风电机组，同样使用双闭环控制结构，转子侧换流器（ＲSC）的控制量为有功功率和无功功率，网侧换流器（GSC）的控制量为直流电压和无功功率。
结束语
综上所述，文章指出风场的弱馈特性。在此基础上对风电场侧继电保护受风场接入的故障选相展开了相关研究，并得出结果为：由于投入低电压穿越策略后双馈风电场正、负序等值阻抗不相等导致相电流差突变量的选相元件不能准确选出所有的故障相。相比于传统crowbar，所提方法在实现抑制转子电流峰值效果的同时，还可以持续输出无功功率，从而抬升电网电压，进而有利于故障时电网的暂态稳定性。
参考文献：
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