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摘要：风力发电是将风能转化为电能的新型可再生能源，由于风能取之不尽，用之不竭，在世界范围内受到了越来越广泛的重视。但如果瞬时风能的大小是随机的，且风能的变化是波动的，这就容易造成电力系统发生故障，进而导致低电压穿越问题。在近些年来，人们对电力资源的需求不断增大，若因故障而发生电压跌落问题，风力机组也因此纷纷解列，就会使系统产生不稳定性，甚至产生局部或全面的供电系统不可正常运行，因此，人们对于低压穿越技术越来越重视。
关键词：风力发电；低电压穿越技术；Crowbar电路；控制策略；技术要求
1引言
近些年来，随着社会和科技的不断发展，同时存在的问题是能源的不断消耗。走可持续化道路是当今世界的主题之一，因此，寻找可持续化再生能源是每个国家的重要研究课题。风能作为一个目前已经比较成熟的发电方式具有清洁性和可再生性，除此以外，还具有开发成本降低速度快、开发条件成熟、运行灵活等优点，因此受到了各个国家政府的重视和支持。但在实际应用过程中，也难免存在着各种各样的问题。由于自然界的风具有不确定性和波动性，导致产生的电能也不是稳定不变的，而整个电力系统也会在安全方面和稳定性方面受到影响。各国为了解决此类问题，减小大规模的风电并网产生的影响，提高整个供电系统的稳定性和安全性，均纷纷制定了相关的技术准则，而低电压穿越能力是需要解决的问题之一。
2低电压运行技术发展现状分析
低电压穿越也可简称为LVRT是指在风力发电机并网点电压跌落时，风力发电机具有保持并网的能力，甚至能够提供无功功率，以此来支持电网的恢复，“穿越”低压时间段，直到整个电网恢复正常的运行。在现实生活中，电压跌落故障是常见的故障之一，会造成一系列的不良影响，例如过电压、电流急速上升，危害整个系统的正常工作，且系统的恢复工作难度大，因此应当采取有效的低电压穿越技术，来维持整个电网的稳定。因此各国都对低电压穿越技术的加强给予了很大的重视。
低电压穿越技术是当前的一个热门问题，双馈式变速恒频风力发电机因为其本身具有有功无功都可以独立控制的优势，而在国内外广泛的应用。并得到国内外学者的深入研究，当前的低电压穿越技术主要包括三种方案：（1）采用对转子发生短路时进行保护的技术；（2）引入新型的低压旁路系统即为新型的拓扑结构；（3）修改控制策略，而低电压穿越的效果不变，即采用新型励磁控制策略。方案（1）是在实际生产过程中应用最普遍的方式，主要是通过在转子的侧边安装Crowbar电路的方式，来维持发电机的正常运行。方案（2）是通过在感应发电机具有定子的一旁与电网之间串联一个反并可控硅电路，以此来直流侧电压控制在允许变化的范围内。方案（3）是几个方案中成本最低的，普遍应用的是在用于风电场汇流作用的变电站对风场并网点的电压进行动态的监控，该监控主要使用STATCOM技术产品来实现，通过此方式使风机具有低电压穿越功能。
3低电压穿越技术的技术要求
每个国家对低电压穿越技术的要求各不相同，下面列举了几个具有代表性的国家：
（1）德国：该国标准要求当故障排除以后，有功功率以每秒恢复额定功率的百分之二十或者以上的速度不断增加，当无功功率的故障被发现后，应当在20秒内进行无功功率电压的支持，且要求电压浮动百分之一，电流相应的浮动百分之二。
（2）美国：该国标准要求当电压跌落到额定电压的百分之十五时，要求风力发电机的低电压穿越能力是维持并网正常运行625毫秒。当电压在产生后达到额定电压的百分之九十时，风力发电机能够保证整个系统的正常运行，电压产生后达到所需电压值的时间为3秒。
（3）加拿大：该国标准要求电压跌落为0时，风力发动机应当具备的低电压穿越能力为维持正常运行150秒。电压在一定时间内恢复到额定电压的百分之八十五时，能够使并网正常运行，其中恢复到所需电压的时间为3秒。
（4）中国：我国在2005年才发布了相关指导性文件，与其他国家相比，较晚一些。按照2012年推行的电力系统技术要求，我们可以得到以下三点关于低电压穿越技术的要求。首先，最基本的要求是当电压跌落至额定电压的百分之二十时，应当具备的低电压穿越能力为保持运行625毫秒。电压在一定时间内恢复到额定电压的百分之九十时，能够使并网正常运行，其中恢复到所需电压的时间为3秒。其次，当有功功率的故障被发现并排除后，有功功率以每秒恢复额定功率的百分之十或者以上的速度不断增加。最后，对于大规模的风电场群，当电压跌落的原因为三相短路时，动态无功支撑功能对低电压穿越过程来说是必须的。
4低电压穿越技术特性分析
（1）电压跌落对风力发电机的影响。风力发电机的输出功率是稳定的，但如果出现电压跌落现象，电流会突然增加，为了避免这种现象，保持系统的热稳定性，就需要对电流加以限制。若没有相应的限流措施，电压会产生较大的波动，对变流器造成损坏。这时，为了抑制过电压就需要对发电机旁的输入功率进行控制。这就要求低电压穿越技术不仅能够抑制过电压和电流，还需要在故障时提供无功功率，直至系统恢复。
（2）低电压穿越技术的具体要求。每个国家对低电压穿越技术的要求不同，我国在2009年出台《风电场接入电网技术规定》，上一小节的第四点详细的给出了我国对于低电压穿越技术的具体要求。
（3）以双馈式风力发电系统为例的低电压运行控制策略。电压跌落时最直接的表现是在转子侧出现突然增大的电压和电流，因此，控制策略的关键就在于抑制过电压和过电流，主要的方式在转子的一侧加入Crowbar电路，作为保护措施，实现短接。其工作原理是当电压跌落时，Crowbar电路发挥作用，转子侧发生短接，此时发动机的作用与绕线式异步电机相同，其中异步电机加入了串联电阻。
5结语
随着风力发电系统的规模不断扩大，在社会资源中占据着越来越多的比例，电压跌落问题造成的不利影响越严重。风力发电系统是一个具有高集成化、复杂控制系统、庞大结构特点的系统，我国内近几年发生了几起电网设备故障事故，经研究发现其主要原因是不具备低电压穿越能力。因此，提高低电压穿越能力是当前风力发电发展的重点课题。
本文对低电压穿越技术的发展现状、技术要求以及特性进行详细的分析，针对现在国内外普遍使用的双馈式风力发电系统为例，给出了相应的运行控制策略。该控制策略主要是通过添加Crowbar电路来进行保护控制。针对低电压穿越技术的研究仍将是未来风电领域的研究重点。
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