低电压穿越是怎么一回事？求详细的解释

热心网友：低电压穿越：当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行。对于光伏电站当电力系统事故或扰动引起光伏发电站并网电压跌落时，在一定的电压跌落范围和时间间隔内，光伏发电站能够保证不脱网连续运行。基本要求对于风电装机容量占其他电源总容量比例大于5%的省（区域）级电网，该电网区域内运行的风电场应具有低电压穿越能力。风电场低电压穿越要求右图为对风电场的低电压穿越要求。a) 风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20%额定电压时能够保证不脱网连续运行625ms的能力；b) 风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场内的风电机组能够保证不脱网连续运行。考核要求对于电网发生不同类型故障的情况，对风电场低电压穿越的要求如下：a) 当电网发生三相短路故障引起并网点电压跌落时，风电场并网点各线电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，场内风电机组必须保证不脱网连续运行；风电场并网点任意线电压低于或部分低于图中电压轮廓线时，场内风电机组允许从电网切出。b) 当电网发生两相短路故障引起并网点电压跌落时，同理。c) 当电网发生单相接地短路故障引起并网点电压跌落时，风电场并网点各相电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，场内风电机组必须保证不脱网连续运行；风电场并网点任意相电压低于或部分低于图中电压轮廓线时，场内风电机组允许从电网切出。有功恢复对电网故障期间没有切出电网的风电场，其有功功率在电网故障切除后应快速恢复，以至少10%额定功率/秒的功率变化率恢复至故障前的值。无功支撑对于百万千瓦（千万千瓦）风电基地内的风电场，其场内风电机组应具有低电压穿越过程中的动态无功支撑能力，要求如下：a) 电网发生故障或扰动，机组出口电压跌落处于额定电压的20%~90%区间时，机组需通过向电网注入无功电流支撑电网电压，该动态无功控制应在电压跌落出现后的30ms内响应，并能持续300ms的时间。b) 机组注入电网的动态无功电流幅值为：K(1.0-Vt)In。 In为机组的额定电流；Vt为故障区间机组出口电压标幺值；Vt=V/Vn,其中V为机组出口电压实际值，Vn为机组的额定电压，K≥2。必要性据国家电力监管委员会2011年第四号《风电安全监管报告》统计，仅2011年一年，我国发生规模超过10万千瓦的风电机组脱网事故193次，超过50万千瓦的大型事故12次。风电机组脱网事故给电网安全稳定运行和可靠供电带来很大风险，同样也使风电场业主遭受电量损失。据事故调查分析，部分并网运行的风电机组不具备低电压穿越能力，且故障期间未能有效地提供动态无功支撑，是造成风电大规模脱网的主要原因之一。当风电场不具备低电压穿越能力，电力系统发生扰动故障导致大量风电机组被切除时，系统潮流会发生严重转移，电网电压和频率均受到影响，不利于系统的稳定运行。为维持电力系统的安全稳定运行和保证风电场并网安全，对风电场提出低电压穿越的要求是必要的。低电压穿越要求是电力系统功率平衡与频率稳定的需要，也是局部电网电压稳定及电压恢复的需要。[1] 3机组造价编辑风电机组低电压穿越（LVRT）能力的深度对机组造价影响很大,根据实际系统对风电机组进行合理的LVRT能力设计很有必要。对变速风电机组LVRT原理 进行了理论分析,对多种实现方案进行了比较。在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/PowerFactory中建立双馈变速风电机组及LVRT功能 模型。以地区电网为例,详细分析系统故障对风电机组机端电压的影响,依据不同的风电场接入方案计算风电机组LVRT能力的电压限值,对风电机组进行合理的 LVRT能力设计。结果表明,风电机组LVRT能力的深度主要由系统接线和风电场接入方案决定，设计风电机组LVRT能力时,机组运行曲线的电压限值应根 据具体接入方案进行分析计算。4解决方法编辑需要改动控制系统，变流器和变桨系统。我国的标准将是20%电压，625ms，接近awea(american wind energy association)[美国风能协会]的标准。针对不同的发电机类型有不同的实现方法，最早采用也是最普遍的方案是采用CROWBAR,有的已经安装在变频器之中，根据不同的系统要求选择低电压穿越能力的大小，即电压跌落深度和时间，具体要求根据电网标准要求。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）。也就是在变流器的输出侧接一旁路CROWBAR，先经过散热电阻,再进入三相整流桥,每一桥臂上为晶闸管下为一二极 管，直流输出经铜排短接.当低电压发生后,无功电流均有加大，有功电流有短时间的震荡，过流在散热电阻上以热的形式消耗,按照不同的标准，能坚持的时间要 根据电压跌落值来确定。当然，在直流环节上也要有保护装置.详细就不讨论。FRT的实物与图片可供大家参考。但是大家所提到的FRT只是老式的,新式是在直流环节有保护装置，但输出侧仍是无源CROWBAR。crowbar触发以后，按照感应电动机来运行，这个只能保证发电机不脱网，而不能向电网提供无功，支撑电网电压。LVRT能提供电网支撑的风机很少，这个是LVRT最高的level。德国已经制定标准了。最后还是得增加转子变频器的过流能力。[2] 5实现技术编辑风电场低电压穿越能力的最终实现还是基于风电机组低电压穿越能力的实现，因此风电机组具有低电压穿越能力尤为重要。电网电压跌落对并网风电机组有着较大的影响。暂态过程导致发电机中出现的过电流会损坏电力电子器件，附加的转矩、应力过大则会损坏风电机组的机械部件。对于双馈式变速风电机组，在电网发生故障导致机端电压跌落时，发电机定子电流增加，快速增加的定子电流会导致转子电流急剧上升，另外由于发生故障时风轮吸收的风能不会明显减少，而风电机组由于机端电压降低，不能正常向电网输送有功功率，即有一部分能量无法输入电网，这些不平衡能量将导致风电机组出现直流环节电容充电、直流电压快速上升、风电机组加速等一系列问题。要实现风电机组的低电压穿越，其关键是风电机组变流器保护和主控及桨距角控制的配合。实现双馈式变速风电机组低电压穿越能力的常用技术有两种：一是在机组转子与变流器之间增加一个旁路电路，故障时投入旁路电路将转子侧变流器短路，保证变流器避开过电流的冲击，从而起到保护作用；二是在两个变流器之间的直流环节加入能量泄放模块，当检测到直流电压过高则触发该模块以泄放多余的不平衡能量。风电机组的低电压穿越能力可以通过使用电压跌落发生装置对风电机组进行低电压穿越测试来证明。不同风况对应了不同能量水平下的风电机组低电压穿越特性，因此需要分别进行测试，这使得风电机组低电压穿越测试的周期较长，一般需要2个月左右。等待各种合适风况所耗费的时间，占据了测试的大部分。其次，风电机组厂商需要进行前期摸底试验和低电压穿越控制策略的改进调整，也占用了较多时间。[1] 6穿越测试编辑金风科技于10月下旬率先在国内通过规模化工况条件下的低电压穿越测试。此举印证了直驱永磁的天然并网优势，将有力推动金风科技全面打造“电网友好型”产品，进一步为客户发现和创造价值。本次测试地点位于甘肃瓜州自主化示范风电场，项目装机总容量为30万千瓦，全部采用了金风科技1.5MW直驱永磁风力发电机组。测试之前，金风科技在一天之内即完成对全部参测22台机组的低电压穿越升级改造。在西北电网甘肃瓜州东大桥变电站330kV人工单相短路试验条件下，有19台机组在大风满发工况下成功实现不对称低电压穿越，一次性通过比例高达86.4%。电网和投资商对此次测试结果表示了一致认可。低电压穿越是当电网故障或扰动引起风电场并网点电压跌落时，在一定电压跌落的范围内，风力发电机组能够不间断并网，从而维持电网的稳定运行。在此之前，金风科技已于2010年6月在德国通过由Windtest验证的低电压穿越测试，并于2010年8月在国内通过由中国电力科学研究院验证的低电压穿越测试。本次测试则是国内首次由数十台机组在实际运行条件下进行的工况测试，因此测试数据也更加具有实际应用价值和普遍说服力。[3] 7相关信息编辑新的电网规则要求在电网电压跌落时，风力发电机能像传统的火电、水电发电机一样不脱网运行，并且向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网电压恢复，从而“穿越”这个低电压时期(区域)，这就是低电压穿越(LVRT)。双馈风电机组低压穿越技术的原理：在外部系统发生短路故障时，双馈电机定子电流增加，定子电压和磁通突降，在转子侧感应出较大的电流。转子侧变流器直接串连在转子回路上，为了保护变流器不受损失，双馈风电机组在转子侧都装有转子短路器。当转子侧电流超过设定值一定时间时，转子短路器被激活，转子侧变流器退出运行，电网侧变流器及定子侧仍与电网相连。一般转子各相都串连一个可关断晶闸管和一个电阻器，并且与转子侧变流器并联。电阻器阻抗值不能太大，以防止转子侧变流器过电压，但也不能过小，否则难以达到限制电流的目的，具体数值应根据具体情况而定。外部系统故障清除后，转子短路器晶闸管关断，转子侧变流器重新投入运行。在定子电压和磁通跌落的同时，双馈电机的输出功率和电磁转矩下降，如果此时风机机械功率保持不变则电磁转矩的减小必定导致转子加速，所以在外部系统故障导致的低电压持续存在时，风电机组输出功率和电磁转矩下降，保护转子侧变流器的转子短路器投入的同时需要调节风机桨距角，减少风机捕获的风能及风机机械转矩，进而实现风电机组在外部系统故障时的LVRT功能。风力发电技术领先的国家，如丹麦、德国、美国已经相继定量的给出了风力发电系统的低电压穿越的标准。图为美国电网LVRT标准，从图中曲线可以看出:曲线以上的区域是风电场需要保持同电力系统连接的部分，只有在曲线以下的区域才允许脱离电网。风电场必须具有在电网电压跌落至额定电压15%能够维持并网运行625ms的低电压穿越能力;风电场并网点电压在发生跌落故障后3s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场必须保持并网运行。只有当电力系统出现在曲线下方区域所示的故障时才允许脱离电网。

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