風力發電中Crowbar的作用

2020-11-23 電子發燒友

風力發電中Crowbar的作用

發表於 2017-11-28 11:49:00

　　一、風力發電中Crowbar的作用

　　從原理上講，電網故障時候，風機側的CCP電壓會根據短路故障發生不同程度的降低，引起定子側過電流，進而耦合出轉子側的過電流。採用保護電路（crowbar）必不可少，crowbar轉子側保護電路在故障時候的作用主要有兩個，一是限制故障時候轉子側的過電流，二是限制故障時候直流側的過電壓，通常採用不可控三相二極體整流橋串接全控IGBT+限流電阻來實現，這時候阻值選取尤為關鍵，如果過低，起不到限流的作用。

　　二、風力發電機低電壓穿越技術

　　1、問題的提出

　　對於變頻恆速雙饋風力發電機，在電網電壓跌落的情況下，由於與其配套的電力電子變流設備屬於AC/DC/AC型，容易在其轉子側產生峰值湧流，損壞變流設備，導致風力發電機組與電網解列。在以前風力發電機容量較小的時候，為了保護轉子側的勵磁裝置，就採取與電網解列的方式，但目前風力發電的容量都很大，與電網解列後會影響整個電網的穩定性，甚至會產生連鎖故障。於是，根據這種情況，國外的專家就提出了風力發電低電壓穿越的問題。

　　2、LVRT概念的解釋

　　當電網發生故障時，風電場需維持一段時間與電網連接而不解列，甚至要求風電場在這一過程中能夠提供無功以支持電網電壓的恢復即低電壓穿越。

　　目前對於風力發電低電壓運行標準，主要以德國e.on netz公司提出的為參考。 雙饋風力發電機由於其自身機構特點，實現LVRT存在以下幾方面的難點：

　　1）確保故障期間轉子側衝擊電流與直流母線過電壓都在系統可承受範圍之內；

　　2）所採取的對策應具備各種故障類型下的有效性；

　　3）控制策略須滿足對不同機組、不同參數的適應性；

　　4）工程應用中須在實現目標的前提下儘量少地增加成本。

　　3、電網電壓跌落後DFIG運行的暫態過程分析（感覺這部分內容需要理論推導） 在電網電壓跌落情況下，風電機組中的雙饋感應發電機會導致轉子側過流，同時轉子側電流的迅速增加會導致轉子勵磁變流器直流側電壓升高，發電機勵磁變流器的電流以及有功和無功都會產生振蕩。這是因為雙饋感應發電機在電網電壓瞬間跌落的情況下，定子磁鏈不能跟隨定子端電壓突變，從而會產生直流分量，由於積分量的減小，定子磁鏈幾乎不發生變化，而轉子繼續旋轉，會產生較大的滑差，這樣便會引起轉子繞組的過壓、過流。如果電網出現的是不對稱故障的話，會使轉子過壓與過流的現象更加嚴重，因為在定子電壓中含有負序分量，而負序分量可以產生很高的滑差。過流會損壞轉子勵磁變流器，而過壓會使發電機的轉子繞組絕緣擊穿。

　　三、低電壓穿越技術的具體實現

　　目前的低電壓穿越技術一般有三種方案：一種是採用了轉子短路保護技術，二種是引入新型拓撲結構，三是採用合理的勵磁控制算法。本周我主要看了前兩種，以下分別介紹。

　　轉子短路保護技術（crowbar電路）

　　這是目前一些風電製造商採用得較多的方法，其在發電機轉子側裝有crowbar電路，為轉子側電路提供旁路，在檢測到電網系統故障出現電壓跌落時，閉鎖雙饋感應發電機勵磁變流器，同時投入轉子迴路的旁路（釋能電阻）保護裝置，達到限制通過勵磁變流器的電流和轉子繞組過電壓的作用，以此來維持發電機不脫網運行（此時雙饋感應發電機按感應電動機方式運行）。 目前比較典型的crowbar電路有如下幾種：

　　（1）混合橋型crowbar電路，如圖1所示，每個橋臂有控制器件和二極體串聯而成。

　　混合型crowbar電路

　　（2）IGBT型crowbar電路，如圖2所示，每個橋臂由兩個二極體串聯，直流側串入一個IGBT器件和一個吸收電阻。

　　IGBT型crowbar電路

　　（3）帶有旁路電阻的crowbar電路，出現電網電壓跌落時，通過功率開關器件將旁路電阻連接到轉子迴路中，這就為電網故障期間所產生的大電流提供了一個旁路，從而達到限制大電流，保護勵磁變流器的作用。

 

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