基于Crowbar控制策略的直驱风电机组低电压穿越特性研究 摘要：风电机组在电网电压质量情况恶劣的情况下，如电网电压严重跌落甚至崩溃时，很可能被迫停机并引起连锁反应导致整个风电场脱网，造成一定经济损失甚至可能导致区域电力系统失去稳定，本文采用Crowbar控制电路实现对电网电压跌落的控制，仿真结果验证了本文所列模型的正确性。关键词：直驱风电机组；风电并网；低电压穿越；Crowbar控制电路0引言目前，风力发电作为一种新型清洁能源，受到了人们的欢迎，其并网应用也日益普及。但大型风电场的并网受到了风电场电压稳定性、电力电量的消纳去向、电网电压跌落及影响配电网电能质量等一系列问
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困扰，制约了风力发电大规模的应用。风电机组在电网电压质量情况恶劣的情况下，如电网电压严重跌落甚至崩溃时，很可能被迫停机并引起连锁反应导致整个风电场脱网，会造成一定经济损失甚至可能导致区域电力系统失去稳定。如何解决电网电压跌落对并网风电机组的不利影响急需解决，本文将就直驱风电机组的低电压故障穿越问题进行研究探讨。1低电压穿越问题的解决思路针对直驱风力发电系统的故障穿越问题，被大量研究和广泛应用的风电系统低电压穿越解决
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有多种[1]：（1）减少从风机输入的机械功率。该方法的要使风机输入功率骤降，风机浆距角控制必须获得较大功率从而获得较快的动态响应，实际上，该条件往往较难满足，限制了其应用。（2）增大直流侧电容，该方法是缓冲风电机组在电网电压跌落中出现的不平衡能量的方法之一。但是电容存储的能量有限，所需储能电容器的成本非常高昂，故其应用受限。（3）直流母线增加储能电路，采用此种方法通过充放电电路与储能系统交换故障穿越所需的功率，达到平滑风能的波动和穿越电网故障的双重目的。（4）采用并联型无功补偿装置，该方法能在电网故障、风电场公共点电压急剧降低的情况下，通过并联型无功补偿装置，提供给电网足够的无功支持，减少风电场并网点电压的跌落程度，增强风电机组的电网故障穿越能力。（5）采用撬棒电路[2]。该方法的原理是在直流侧增加电阻耗能装置使电网电压跌落而造成的不平衡功率消耗在电阻上。当电网发生故障导致机组过压或过流时，Crowbar保护电路起作用，以达到保障电力电子设备安全运行及发电机组连续不断运行的目的。而当电网故障排除时，切除Crowbar保护电路，直驱发电机重新进入正常运行状态。该方法简单有效，容易实现，使用这种Crowbar保护电路可以保证直驱风电机组在电网发生故障时的安全。本文针对该模型进行研究。2Crowbar电路模型在直流侧Crowbar电路模型中，当风电机组正常运行时，通过直流侧Crowbar电路中储能单元的作用，使直流侧电压更加稳定，对直流侧功率波动进行快速调节；直流侧电压过高时，由直流侧电压对储能单元进行充电，直流侧电压过低时，由储能单元对直流侧电容进行充电，对直流侧提供功率支持[3]。当电网电压发生短时跌落故障时，如果风电机组和发电机保持正常运行，则直流侧输入功率不变，而输出功率随电网电压的跌落而降低，直流侧输入功率大于输出功率，将导致直流侧电压上升。为了消除电网短时故障对风力发电机组的影响，在直流侧增加Crowbar保护电路，当电压跌落幅度较小时，依靠电网侧变流器直流侧电压外环稳定直流侧电压，当电压跌落幅度较大时，直流侧电压会上升，此时投入Crowbar保护电路，利用储能单元吸收直流侧多余的能量，从而使电网的短时故障对风电机组的运行基本不产生影响。Crowbar保护电路由DC-DC双向变换器和储能单元构成，当投入运行时，由DC-DC双向变换器对储能单元进行充放电控制，对电网故障造成的直流侧电压升高做出快速响应，同时，故障消除后，切出Crowbar保护电路，使风电系统迅速恢复正常运行。3Crowbar投切仿真分析在MATLAB／SIMULINK环境下，构建一个带Crowbar电路的直驱风力机组的模型，在该模型中，电网电压在0.2s时发生跌落，Crowbar在0.2s-0.6s时投入，Crowbar在0-0.2s时及0.6-1s时失效。通过仿真分析，我们得出，对直驱式系统而言，要提高其低电压穿越能力，需要增加应对电压跌落等故障的硬件电路-即Crowbar电路，以提高低电压穿越能力。直驱风电系统在电压跌落时，可以只在网侧变换器和直流侧采取应对
措施
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，而不必影响到电机侧变换器以及电机系统的正常运行，这是直驱风电系统的故障穿越能力优于双馈式系统之处。当电网电压跌落时，电机侧变换器并不采取特别措施，其功能仍在于保持永磁同步发电机的正常运行，而网侧变换器输出的功率受到限制，这会造成直流侧电压的上升，因此直流侧要采取措施保持功率平衡，限制其电压的升高。4小结本文在分析直驱系统低电压特性的基础上，详细分析了直驱式系统Crowbar单元的
设计
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方法，并对设计结果进行了仿真实验验证。仿真实验结果
表
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明，本文搭建的Crowbar模型能很好满足系统要求，在电压跌落期间，不仅很好的实现了对变流器的保护，且配合变流器系统较好的实现了低电压穿越。参考文献：[1]肖磊.直驱型永磁风力发电系统低电压穿越技术研究[D].湖南大学，2009.[2]李玉忍，张军利，梁波，牟海涛，张文娟，付龙飞.永磁直驱型风电机组两类故障的穿越技术[J].西北工业大学学报，2013，04：639-646.[3]杨玉新，刘观起，杜宝星.直驱风电机组的低电压穿越保护方案综述[J].电工电气，2012，06：1-4.肖裕富，男，汉族，1972年2月出生，高级经济师，主要从事风能并网、营销管理等方向的研究。 -全文完-
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