风力发电机组故障穿越问题综述.pdf

第４１卷第１９期２０１３年１Ｏ月１日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶ＿ｏ１．４１ＮＯ．１９０ｃｔ．１．２０１３风力发电机组故障穿越问题综述艾斯卡尔，朱永利，唐斌伟（１．华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定０７１００３；２．新疆金风科技股份有限公司，新疆乌鲁木齐８３００２６）摘要：介绍了当今世界主流风电市场的风电并网规程，进一步研究后重点综述了风电机组故障穿越诸多问题，如低电压穿越、高电压穿越、频率穿越还分析了三种主流风电机组故障穿越能力和电力系统之间的相互影响，汇总了三种主流风电机组低电压穿越能力的工程实现方案。最后结合多年的实际工程经验，以各国电网风电接入规程和各种风电机组故障穿越特性为线索，探讨了需要重点注意的故障穿越技术问题，并总结出了决定风电机组低电压穿越特性的１２项技术要素。关键词：风电机组；电网故障穿越；低电压穿越；高电压穿越；频率穿越；风电并网规程ＳｕｍｍａｒｉｚｉｎｇｆｏｒｆａｕｌｔｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓＡｉｓｉｋａｅｒ一，ＺＨＵＹｏｎｇ．．．１ｉ，ＴＡＮＧＢｉｎ．ｗｅｉ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ０７１００３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｘｉ￣ｉａｎｇＧｏｌｄｗｉｎｄＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣＯ．，ＬＴＤ，Ｕｒｕｍｑｉ８３００２６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｎ￣ｉｏｎａｌｇｒｉｄｃｏｄｅｓｏｆｍａｉｎｗｉｎｄｐｏｗｅｒｍａｒｋｅｔｓｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｓａｒｅｐａｉｄｆｏｒｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆｆａｕｌｔｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ，ｓｕｃｈａｓｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈ（ＬＶＲＴ），ｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈ（ＨＶＲＴ）ａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈ（ＦＲＴ）．Ａｆｔｅｒｔｈａｔ，ｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｍａｉｎｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｗｈｉｃｈｅｑｕｉｐｐｅｄｗｉｔｈｒｅａｌＧＦＲＴｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｍａｉｎＬＶＲＴｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｂａｓｅｄｏｎｙｅａｒｓｏｆｗｏｒｋｉｎｇｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅａｎｄｔｈｅａｂｏｖｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ，１２ｍａｉｎｔｅｃｈｎｉｃａｌｆａｃｔｏｒｓｗｈｉｃｈａｒｅｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｔｈｅＬＶＲＴｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ（ＷＴｓ）；ｇｒｉｄｆａｕｌｔｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈ（ＧＦＲＴ）；ｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈ（ＬＶＲＴ）；ｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈ（ＨＶＲＴ）；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈ（ＦＲＴ）；ｇｒｉｄｃｏｄｅｆｏｒｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ中图分类号：ＴＭ６１４；ＴＭ７１２文献标识码：Ａ—文章编号：１６７４．３４１５（２０１３）１９．０１４７０７０引言最近十年以来，随着世界各国常规化石能源供应不确定性问题和节能减排形势的日益严峻，绿色可再生能源和环保型低碳经济越来越受到重视。尤其最近五年，中国风电装机容量的增长极为迅速，并已于２０１０年底超越美国成为全球风电装机容量第一的国家¨Ｊ。随着风电在电网中所占比例的目益增长，风电在电力系统中的作用和地位在发生变化，风电与电网的相互影响也已变得不容忽略。尤其是在电网故障情况下，风电对电网的影响更不可忽视。电网故障会导致风电场并网点电压的跌落或抬升，有时候也会引起风电场并网点频率的异常。电网故障会给风电机组等风电场电气设备带来一系列的暂态过程，如过流、低电压、过速等。过去，风电机组都不具备故障穿越能力，因此当发生电网故障时，风电机组因自身安全原因，一般都会自动与电网解列。目前，风电在电网中的比例已经达到较高的水平，若风电机组还不具备合格的电网故障抵御能力，一遇电网故障就自动解列则会增加局部电网故障的恢复难度，恶化电网稳定性，甚至会加剧故障并导致系统崩溃ｌ２Ｊ。因此，为了维持电网的安全稳定运行，各国电网部门根据自身实际对风电场的电力接入提出了严格的技术要求ｐＪ，其中风机的故障穿越能力要求（ＧｒｉｄＦａｕｌｔＲｉｄｅＴｈｒｏｕｇｈ，ＧＦＲＴ）被公认为是最具挑战性的一项重要的技术要求。本文首先认真研究了当今世界主流风电市场的风电并网规程和相关报告（文献［４．１６］），给出了各国风电并网规程对ＧＦＲＴ的具体要求。然后论述了各主流风电机组在电网故障下的暂态特性，并综述．．１４８．．电力系统保护与控制了实现ＧＦＲＴ的技术方案［１７－２１］。最终结合笔者多年的实际工程经验，以各国风电接入规程和各种风电机组ＧＦＲＴ特性为线索，提出了需要重点注意的ＧＦＲＴ技术问题，并总结出了决定风电机组低电压穿越特性的１２项技术要素。１ＧＦＲＴ概念ＧＦＲＴ概念在国外比较普遍，但各国叫法和分类有所不同，如美国标准叫电压穿越（ＶｏｌｔａｇｅＲｉｄｅＴｈｒｏｕｇｈ，ＶＲＴ），包括ＬＶＲＴ和ＨＶＲＴ。各国标准对风电机组ＧＦＲＴ能力的定义基本一致，其基本内容可概括为：当电力系统事故或扰动引起并网点电压或频率超出标准允许的正常运行范围时，在一定的电压或频率范围及其持续时间间隔之内，风电机组能够按照标准要求保证不脱网连续运行，且平稳过渡到正常运行状态的一种能力。通过对各国标准的学习发现ＧＦＲＴ包括以下三个概念，低电压穿越（ＬｏｗＶｏｌｔａｇｅＲｉｄｅＴｈｒｏｕｇｈ，ＬＶＲＴ）、高电压穿越（ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＲｉｄｅＴｈｒｏｕｇｈ，ⅥＨ）和频率穿越（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＲｉｄｅＴｈｒｏｕｇｈ，ＦＲＴ）。其中，ＦＲＴ还未被正式命名，业内也没有更多的关注，相关文献也没有相关研究和论述。对于ＨＶＲＴ而言，目前澳大利亚等国已有明确的标准规定，但在我国还处于空白状态。而对ＬＶＲＴ而言，目前各国都有相应的规程要求，是风电机组最普遍、最重要的ＧＦＲＴ能力要求。本文将重点讨论风电机组的电压穿越问题。２各国ＧＦＲＴ技术要求通过对各国标准的学习和归纳后发现，风电机组必须要满足的ＧＦＲＴ指标有如下几项：２．１故障类型和最大深度指标风电机组应穿越的电网故障类型包括对称故障和非对称故障，而其最大深度指标则指故障所引起的并网点高／低电压有效值离并网点电压标称值的偏移量百分比（下文简称电压变化水平）。对ＬＶＲＴ要求而言，中国标准要求：《风电场并网点电压跌至２０％标称电压时，风机能够保证不脱网连续运行６２５ｍｓ》Ｌ４ｊ。可知，ＬＶＲＴ最大深度指标在中国规程中的取值为２０％额定电压。大多数风电发达国家的并网规程都比中国严格，都提出了零电压穿越（ＺｅｒｏＶｏｌｔａｇｅＲｉｄｅＴｈｒｏｕｇｈ，ＺＶＲＴ）要求；而故障类型也是对称故障和非对称故障。实际上，当电网发生短路故障时，因风电场内的各级变压器和电网阻抗、故障点位置、电网结构形式等因素的影响，在风电机组电网侧的实际电压跌落深度并没有像风电场并网点跌落深度那么深。另外，各级变压器的联接组别对电压跌落类型及其分布也有影响，如在中国，风电机组出口升压变压器的联接组别一般都选为Ｄｙｎｌ１或Ｄｙｎ５，在这种情况下，在箱变高压侧发生各类短路故障时，在风电机组电网侧并不会出现单相电压跌落。就ＨＶＲＴ要求而言，这里所讲的高电压一般是指因电网故障而产生的工频过电压。在中国目前还没有ＨＶＲＴ正式标准，相关工作正在进行中。但在澳大利亚、美国等国家并网规程中已有明确的ＨＶＲＴ技术要求。以美国ＷＥＣＣ标准为例，１．２Ｐ．ｕ过电压下要工作至少１Ｓ，１．１５ｐ．ｕ过电压下要工作至少３ｓｌ。可知，ＨＶＲＴ最大深度指标在美国规程中的取值为１２０％额定电压。对于ＨＶＲＴ的故障类型而言，高电压故障产生的机理比较复杂，但标准要求风电机组应能承受对称过电压和非对称过电压。２．２故障持续时间指标就ＬＶＲＴ要求而言，德国Ｅ．ＯＮ标准规定《风电场并网点电压跌至Ｏ％标称电压时，风机能够保证不脱网连续运行１５０ｍｓ》，即在德国Ｅ．ＯＮ电网中ＬＶＲＴ持续时间指标的取值为１５０ｍｓｌ６Ｊ。最严格的标准是芬兰等北欧国家标准，要求风电场在０％标称电压下持续工作至少２５０ｍｓＪ。２．３故障期间风电机组功率控制要求该指标包括风电机组在ＬＶＲＴ或ＨＶＲＴ期间的有功功率和无功功率控制要求。对于ＬＶＲＴ而言，大多数国家对ＬＶＲＴ期间的风机有功控制并无明确要求，只有丹麦标准要求风电机组在ＬＶＲＴ期间根据电网电压实际值按照一定比例关系尽可能地多发有功功率１。对于ＬＶＲＴ期间的风机无功控制，大多数国家都有明确的规定，如中国标准要求是：《当电力系统发生三相短路故障引起电压跌落，且并网点电压处于标称电压的２０％￣９０％区间内时，风机应能通过注入无功电流支撑电压恢复（动态无功电流控制的响应时间不大于７５ｍｓ，持续时间应不小于５５０ｍｓ；风电场注入电力系统的动态无功电流应≥为１．５×（０．９一ＵＴ）／Ｎ。式中：（０．２＜ＵＴＧ０．９）为并网点电压标幺值，为风电场额定电流）》。对于ＨＶＲＴ而言，绝大多数国家并网规程都没有提出风机在ＨＶＲＴ期间应如何控制风机的有功出力和无功功率。２．４故障恢复时间及后期控制要求该指标包括四个方面的要求：故障恢复时间、故障结束后的有功功率恢复速度、故障结束后的无功功率控制要求和故障结束瞬间的电气超调量控制艾斯卡尔，等风力发电机组故障穿越问题综述．１４９．问题。以ＬＶＲＴ的故障恢复时间为例，中国标准的要求是：《当风电场并网点电压在发生跌落后２Ｓ内能够恢复到标称电压的９０％时，风机能够保证不脱网连续运行》，故ＬＶＲＴ恢复时间要求为２Ｓ。故障恢复时间取决于各国电网的实际状况，存在较大的差异性。ＨＶＲＴ的恢复时间要求己在条款２．１节中有过阐述，在此不再重复。再看ＬＶＲＴ结束后的风机有功功率恢复速度。目前最严格的标准是德国Ｅ．ＯＮ准则，要求风电机组以２０％额定功率／ｓ的速度恢复到故障之前的值。对于ＨＶＲＴ结束后的风机有功功率恢复速度而言，各国并网规程都没有提出具体要求。对于ＬＶＲＴ或ＨＶＲＴ结束后的无功功率控制问题而言，该指标的主要意图是：故障结束（在大多数国家并网规程中，要求风电机组可正常运行的电“网电压范围为９０％～１１０％标称电压。这里所说的故”障结束是指：电压恢复到（９０％～１１０％）的电压区域，并非恢复到１００％标称电压。）后使风电机组的电网侧电压尽快恢复到标称电压附近。可见，故障结束后的无功功率及其持续时间的控制取决于电压的恢复情况。对于ＬＶＲＴ或ＨＶＲＴ结束瞬间的电气超调量（国外叫Ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ）控制而言，规程内容的根本意图在于保证风电机组的各个涉网电气保护在故障结束瞬间不被触发。当然，电气超调量的幅值越小越好，进入稳定工作点的速度越快越好。２．５电压故障的重现频次大多数国家对此并无明确要求，只有丹麦标准要求：《在两分钟之内至少两次低电压故障穿越》来考核风电机组的ＬＶＲＴ能力。对于高电压穿越重现频次而言，目前还没有任何要求。２．６控制响应速度包括两个要素：故障类型判别速度和故障发生瞬间后无功功率响应速度。一般而言，当发生电网故障时，风电机组先试图对故障类型进行快速判别以确定故障期间的有功／无功功率的控制方式。此外，风电机组控制器对电网故障类型快速完成定性后，还要快速进行无功功率调节以支持电网电压的恢复。可见，各国风电并网规程针对风电机组的ＧＦＲＴ要求包含如下１２项技术要素：（１）电压变化水平；（２）故障类型（单相／两相／三相）；（３）故障持续时间；（４）故障恢复时间；（５）故障期间的有功功率控制；（６）故障期间的无功功率支持；（７）故障类型判别速度；（８）故障发生瞬间的无功功率响应时间；（９）故障结束后有功功率恢复速度；（１０）故障结束后无功功率控制；（１１）故障结束瞬间的电气超调量控制；（１２）故障重现频次。表１以ＬＶＲＴ为例，汇总了以下各国标准ＬＶＲＴ要求中的一部分关键的共性技术要素。表１世界风电主流市场风电并网规程ＬＶＲＴ技术要求汇总Ｔａｂｌｅ１ＬＶＲＴｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｍａｉｎｗｉｎｄｐｏｗｅｒｍａｒｋｅｔｓｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄ电压变故障持续适用范围故障恢复时间无功电流支持有功恢复速度化水平类型时间中国ＧＢ＞６６ｋＶ２０％１／２／３相６２５ｍｓ２Ｓ后９０％Ｕｎ达１．０５额定电流１０％尸ｎ／ｓ德国Ｅ．ＯＮ＞１１ＯｋＶＯ％１１２１３相１５０ｍｓ１．５Ｓ后９０％达１．００额定屯流２０％／ｓｌ００ｋＶ丹麦ＵＣＴＥＯ％１／２／３相１５０ｍｓＯ．７Ｓ后６０％；１．５Ｓ后９０％无１Ｏ％Ｐ／ｓ＞１．５ＭＷ爱尔兰ＥＳＢｌ１０ｋＶ１５％１／２／３相６２５ｍｓ３Ｓ后９０％达１．００额定电流电压正常ｌ后，只≥ｌ３２ｋＶＩ．２Ｓ后８０％；２．５Ｓ后８５％要技术上可行则英国ＮＧＣ１５％１／２／３相１４０ｍｓ达１．００额定电流＞５ＭＷ３ｍｉｎ后９０％应快速到９ｏ％美国ＷＥＣＣ１１５ｋＶ０％１／２／３相１５Ｏｍｓ１．７５Ｓ后９Ｏ％达１．００额定电流无＞１１５ｋＶＯ％１５Ｏｍｓ美国ＦＥＲＣ１／２／３相３Ｓ后９０％达１．００额定电流无三２ＯＭＷ１５％６２５ｍｓ澳大利亚ＮＥＲ１００ｋＶＯ％１／２／３相１２０ｍｓ２Ｓ后８０％；ｌ０Ｓ后９０％达１．Ｏ０额定电流无南非ＲＳＡ所有风电Ｏ％１／２／３相１５０ｍｓ２Ｓ后８５％；２０ｓ后９０％Ｕｎ达１．００额定电流无北欧ＮＣＣ≥１３２ｋＶ０％Ｕｎ１／２／３相２５０ｍｓ０．２５Ｓ后２５％；０．７５Ｓ后９０％达１．００额定电流无３电网故障对不同风电机ｊ目前，市场上的主流风电机组有三类，它们分馈异步风电机组（Ｄｏｕｂｌｙ－ＦｅｄＩｎｄｕｃｔｉｏｎＧｅｎｅｒａｔｏｒ，．１５０．电力系统保护与控制ＤＦＩＧ）、直驱永磁同步风电机组（ＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＧｅｎｅｒａｔｏｒ，ＰＭＳＧ）。电网短路故障对各种机型的影响简述如下。３．１ＦＳＩＧ在电网故障下的暂态现象ＦＳＩＧ主回路拓扑图如图１所示。从图１可知，发电机直接连接到电网。这种较强的电压和频率耦合使电网故障直接反应在电机定子电压和转速上。当电网故障时，导致定子磁链出现直流成份；当不对称故障时还会出现负序分量。定子磁链的直流分量和不对称故障产生的负序分量将产生较大的转差，从而产生较大的转子电势和转子电流。图１ＦＳＩＧ系统主回路拓扑结构Ｆｉｇ．１ＭａｉｎｃｉｒｃｕｉｔｄｉａｇｒａｍｏｆＦＳＩＧｓｙｓｔｅｍ此外，在电网故障的过渡过程中，电机电磁转矩会出现比较大的波动，对传动系统的齿轮箱等部件产生非常大的机械冲击，导致部件损坏或机组寿命缩短。还有，电网故障会降低定子电压，风电机组输出功率也跟着降低，必然导致发电机转速的上升。转速的上升会增加风电机组从系统吸收的无功功率，进一步恶化电网电压的恢复，严重时将导致系统的电压崩溃。３．２ＤＦｌＧ在电网故障下的暂态现象ＤＦＩＧ主回路拓扑如图２所示。从图２可知，对ＤＦＩＧ而言，电网电压的跌落会导致风电机组转速上升，对传动系统造成机械冲击。在电网电压跌落瞬间，发电机定子上的大电流，必然引起转子侧较大的感应电流。而在电网电压恢复瞬间，因ＤＦＩＧ从电网吸收无功功率来恢复气隙磁链，导致定子侧注入较大的浪涌电流，造成发电机电网侧电压的降低。另外，ＤＦＩＧ转子侧由于采用了小功率变流器并网，变流器过流能力和ＤＣ环节的过电压能力都非常有限，需要在电压、电流和有功功率控制之间要很好地匹配，以保证功率器件不被过电压、过电流损坏并保证直流侧电压在合理的范围之内。可见，双馈风电机组在故障期间的暂态行为较复杂，实现ＤＦＩＧ风机的ＧＦＲＴ能力相对而言比较难。图２ＤＦｌＧ系统主回路拓扑结构Ｆｉｇ．２ＭａｉｎｃｉｒｃｕｉｔｄｉａｇｒａｍｏｆＤＦＩＧｓｙｓｔｅｍ３．３ＰＭＳＧ在电网故障下的暂态现象对ＰＭＳＧ而言，从主回路拓扑图（图３）可知，发电机经过ＡＣ．ＤＣ．ＡＣ全功率变流器与电网相接，“发电机输出侧与风电机组的电网侧已被频率／电压”解耦，风机的ＧＦＲＴ能力等并网特性主要跟变流器有关。当电网电压跌落时，因电网侧逆变器电流不能突变，注入电网的有功功率迅速减少。为了传送等同的有功功率，逆变器应增加输出电流，但电压跌落到一定深度时，因回路电流不可超过逆变器ＩＧＢＴ能承受的最大电流，注入电网的有功功率受到限制。这样必将导致ＤＣ电容输入功率大于逆变器注入电网的输出功率，ＤＣ电容电压上升，影响系统的正常运行，甚至导致部件损坏或更严重的后果。可见，直流侧过电压是因ＤＣ回路输入能量和输出能量的不平衡引起，释放这一部分多余的能量是保证直驱风机ＧＦＲＴ能力的根本途径。图３永磁直驱风力发电系统主回路拓扑结构Ｆｉｇ．３ＭａｉｎｃｉｒｃｕｉｔｄｉａｇｒａｍｏｆＰＭＳＧｓｙｓｔｅｍ４风机ＧＦＲＴ能力对电力系统的影晌目前已有许多文献研究了风电机组／风电场的ＧＦＲＴ能力，尤其是风电机组的ＬＶＲＴ特性和ＨＶＲＴ特性对系统的影响。工程实践也足以说明风电机组／风电场的ＧＦＲＴ特性对电力系统有着不可忽视的影响。主要表现在以下几个方面：（１）对电力系统稳定性的影响工程经验说明具备ＧＦＲＴ能力的风电场比不具备此能力的风电场具有更好的稳定性。在像中国酒泉地区这种大规模高度集中接入的情况下，如果风电机组不具备ＧＦＲＴ能力，则当电网发生故障时上艾斯卡尔，等风力发电机组故障穿越问题综述．１５１．千台风电机组一起脱网，对电网必将是很大的冲击，甚至是灾难。再从电网大系统而言，当功角临界失稳时，电压会降低，而风电机组对电压比较敏感，电压的降低会导致风电机组电压保护的动作，进一步恶化系统电压。（２）对系统电压控制的影响一般而言，一个风电场也会含有多种风电机组机型，而各个风电机组机型在故障情况下的无功功率调节特性不同。另外，风电场主变低压侧也会配有各种类型的无功功率补偿设备，如并联电容器组、ＳＶＣ、ＳＶＧ等多见。可见，风电机组在故障期间的故障判别速度及其对应的功率控制（有功功率控制和无功功率控制）方式不仅影响到故障期间的系统无功功率需求和系统潮流分布，而且对电压控制的精度和效果带来一定的不利影响，因此风电机组应按照标准要求严格执行相关ＧＦＲＴ控制任务。（３）对系统发电计划、系统规划等的影响按照目前的电网现状，假设风电机组可以不具备故障穿越能力，则整个系统的架构都要发生改变，如风电场的接入规模、系统安稳装置配备、系统保护配置及其设定等，会涉及到很多方面，在此不再细述。５风电机组ＬＶＲＴ能力实现方案５，１ＦＳＩＧ风机ＬＶＲＴ技术方案使ＦＳＩＧ具备ＬＶＲＴ能力的基本思路是：当电网电压跌落时，通过采用一定的技术措施和外加的硬件设备，避免发电机大转差率的发生，防止较大的定子电流、定子电压和转矩波动对风电机组相关部件的损坏，同时保证风机不脱网连续运行；另外，在电网跌落期间，还应避免飞车现象和风机额外无功功率需求对电网电压恢复的恶化作用。ＦＳＩＧ风机目前的ＬＶＲＴ实现方法是：在发电机和电网之间串联一套专用ＬＶＲＴ设备（如ＳＶＣ或ＳＶＧ）。５．２ＤＦＩＧ风机ＬＶＲＴ技术方案有两种技术措施：变换器转子侧Ｃｒｏｗｂａｒ电路和变流器直流侧Ｃｈｏｐｐｅｒ电路。针对电网电压跌落，ＤＦＩＧ采取如下策略：（１）对较小的电压跌落，可通过控制策略的调整使ＤＦＩＧ具备ＬＶＲＴ，无需Ｃｒｏｗｂａｒ等设备。（２）对大一些的电压跌落，因直流过电压与转子侧过电流，Ｃｒｏｗｂａｒ电路应投入运行以避免大电流损害变换器功率器件。此时，转子侧变换器被Ｃｒｏｗｂａｒ电路阻断，电网侧变换器保持与电网的连接以控制直流母线电压。（３）对较大的电压跌落，因较大的直流过电压与转子侧大电流，Ｃｒｏｗｂａｒ电路和Ｃｈｏｐｐｅｒ电路均投入运行以避免变换器损坏。５．３ＰＭＳＧ风机ＬＶＲＴ技术方案从图３知，ＰＭＳＧ主回路功率平衡方程式为ｄ７－，。一ｒｉｄ＝Ｐａ。＝ｗａＩａ。＝ｗａ。。（１）ｏＺ式（１）中：为发电机输出有功功率；州为风机系统注入电网的有功功率；为变流器直流母线功率；。为直流侧电压；。为直流侧电流，Ｃｄ。为直流侧稳压电容。从式（１）可知，为了保证ＰＭＳＧ满足ＬＶＲＴ，可有以下三种方法：（１）减少从发电机输入进来的有功功率快速使＝０，但因变桨速度问题很难进行快速功率调节，必将导致发电机的过速，显然对传动系统产生额外的载荷。（２）始终保持注入电网的有功功率等于，即需要把快速转移出去，但因为ＩＧＢＴ最大允许电流限制问题，其能力有限，只能通过额外储能装置把多余的能量转移出去，成本较高。（３）减少并使其快速减少到零。该方法就是指通过加装额外设备消耗ＤＣ环节的多余能量。一般都使用Ｃｈｏｐｐｅｒ电路并通过卸荷电阻以热量形式进行能耗制动。可见，最佳方式就是第二种方法或第三种方法或者是二者的混合使用。目前，直驱风机实现ＬＶＲＴ的主要措施有：（１）在ＤＣ．Ｌｉｎｋ上加装基于ＩＧＢＴ功率单元和卸荷电阻的能耗性制动系统；（２）在ＤＣ．Ｌｉｎｋ上加装储能单元以转移多余能量；（３）在电网侧并联一套基于低成本电力电子器件的辅助变流器，当检测到电网电压跌落时，启用辅助变流器转移多余能量实现电压穿越。６结论随着风电在电网中比例的增加，风电ＧＦＲＴ问题越来越被相关各方重视。电网实际运行需要也要求风电机组必须具备相应的ＧＦＲＴ能力。国内客户对风电机组ＧＦＲＴ能力的要求不够全面。我国ＧＦＲＴ相关标准里面也有部分盲点，如标—Ⅵ注ＧＢ／Ｔ１９９６３２０１１中对Ｈ和ＦＲＴ没有任何规定；对于ＬＶＲＴ规定而言，也存在着部分内容缺失，因为该标准没有提出对故障期间的有功功率控制、故障类型的判别速度、故障结束后无功功率支持的持续时间、超调量控制能力和故障频次等指标的具．１５２．电力系统保护与控制体要求。另外，诸多国内风电机组生产厂商对标准的重视程度还不够，甚至有的厂商对自家风电机组的相关技术细节还不够了解，导致频繁的ＬＶＲＴ改造等不利局面。通过本文，可以得出如下几条结论（１）风电机组的ＧＦＲＴ能力包括诸多指标。以ⅥＩｆＶＲＴ／Ｈ能力为例，共有ｌ２项必须攻克的技术要素，分别是：电压变化水平、故障电压持续时间、故障恢复时间、故障类型、故障期间的有功功率控制、故障期间的无功功率控制、故障类型的判别速度、故障发生瞬间的无功功率响应时间、故障结束后的有功功率恢复速度、故障结束后的无功功率持续时间、超调量控制能力和故障频次。（２）电网故障会给风电机组等风电场电气设备带来一系列的暂态过程，甚至会造成设备损坏等严重后果，因此风电机组／风电场应该具备合格的ＧＦＲＴ能力。反之，若风电机组不具备ＧＦＲＴ￣一力，则将会对电网安全稳定运行带来很大危险。参考文献［１］ＷｏｒｌｄＷｉｎｄＥｎｅｒｇｙＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＷＷＥＡ）．ＷｏｒｌｄＷｉｎｄＥｎｅｒｇｙＲｅｐｏｒｔ２０１０［Ｒ］．２０１１．［２］力戈，宋新甫，常喜强．直驱永磁风力发电系统低电压穿越改进控制策略研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１１，３９（１２）：７３－３８．——ＬＩＧｅ，ＳＯＮＧＸｉｎｆｕ，ＣＨＡＮＧＸｉｑｉａｎｇ．Ｉｍｐｒｏｖｅｄｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙｆｏｒｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄ—Ｃｏｎｔｒｏｌ，２０１１，３９（１２）：７３３８．［３］吴杰，孙伟，颜秉超．应用ＳＴＡＴＣＯＭ提高风电场低电压穿越能力［Ｊ】．电力系统保护与控制，２０１１，３９（２４）：４７．５１．ＷＵＪｉｅ，ＳＵＮＷｅｉ，ＹＡＮＢｉｎｇ－ｃｈａｏ．ＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｗｉｎｄｆａｒｍｕｓｉｎｇＳＴＡＴＣＯＭ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１１．３９（２４）：４７－５１．—［４］中国国家标准化管理委员会．ＧＢ／Ｔ１９９６３２０１１风电场接入电力系统技术规定［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２０１２．ＣｈｉｎａＮａｔｉｏｎａｌＳｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎＭａｎａｇｅｍｅｎｔＣｏｍｍｉｔｔｅｅ．ＧＢ／Ｔ１９９６３－２０１１ｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｕｌｅｆｏｒｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｗｉｎｄｆａｒｍｔｏｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ［Ｓ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＳｔａｎｄａｒｄＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＨｏｕｓｅ，２０１２．［５］ＦｅｄｅｒａｌＥｎｅｒｇｙＲｅｇｕｌａｔｏｒｙＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ（ＦＥＲＣ，ＵＳＡ）．１ｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｆｏｒｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙ１８ＣＦＲｐａｒｔ［ＥＢ／ＯＬ］．［６］［７］—３５［２００５－０６０２］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｅｒｃ．ｇｏｖ．Ｅ．ＯＮＮｅｔｚ（Ｇｅｒｍａｎｙ）．Ｇｒｉｄｃｏｄｅｈｉｇｈａｎｄｅｘｔｒａｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅ．Ｅ．ＯＮＮｅｔｚＧｍｂＨ，Ｂａｙｒｅｕｔｈ［ＥＢ／ＯＬ］．【２００６］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｖｕｐｓｃａｌｅ．ｏｒｇ．ＦＩＮＧＲＩＤＯＹＪ．Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｃｏｄｅｆｏｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｏｆｗｉｎｄｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｓｔｏｆｉｎｉｓｈｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ，Ｎｏｒｄｅｌｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｃｏｄｅｆｏｒｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓａｎｄｃｏｕｎｔｒ—ｙｓｐｅｃｉｆｉｃａｄｄｉｔｉｏｎａｌｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｔｏｆｉｎｉｓｈ—ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ［ＥＢ／ＯＬ］．【２００９０３］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｉｎｇｒｉｄ．ｆｉ［８］ＮａｔｉｏｎａｌＧｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＰＬＣ（ＵＫ）．Ｔｈｅ—ｇｒｉｄｃｏｄｅｉｓｓｕｅ４，ｒｅｖｉｓｉｏｎ１３［ＥＢ／ＯＬ］．【２０１２－０６０７］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎａｔｉｏｎａｌｇｒｉｄ．ｃｏｍ．［９］ＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｇｕｌａｔｉｏｎＴＦ３．２．５ｆＤｅｎｍａｒｋ）．Ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｏｇｒｉｄｓｗｉｔｈｖｏｌｔａｇｅｓａｂｏｖｅ１００ｋＶ．Ｅｌｋｒａｆｔ—ｓｙｓｔｅｍａｎｄｅｌｔｒａ［ＥＢ／ＯＬ］．【２００４・１２０３１．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｎｅｒｇｉｎｅｔ．ｄｋ．［１０］ＲｅｇｕｌａｔｉｏｎｓｆｏｒＧｒｉｄＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎＴＦ３．２．３（Ｄｅｎｍａｒｋ）．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｕｎｉｔｓｏｆ—１．５Ｍｗａｎｄｈｉｇｈｅｒ，Ｖｅｒｓｉｏｎ５．１［ＥＢ／ＯＬ］．［２００８１０］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｎｅｒｇｉｎｅｔ．ｄｋ．［１１］ＡｕｓｔｒａｌｉａｎＥｎｅｒｇｙＭａｒｋｅｔＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ．Ｎａｔｉｏｎａｌｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｒｕｌｅｓ－ｃｈａｐｔｅｒ５一ｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，ｖｅｒｓｉｏｎ——５１［ＥＢ／ＯＬ］．［２０１２０８０２］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｅｍｃ．ｇｏｖ．ａｕ．［１２］ＥＩＲＧＲＩＤ（Ｉｒｅｌａｎｄ）．ＥｉｒＧｒｉｄｇｒｉｄｃｏｄｅ，ｖｅｒｓｉｏｎ——４．０［ＥＢ／ＯＬ］．［２０１２１２０８］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｉｒｇｒｉｄ．ｃｏｒｎ．［１３］Ｗ－１１ｉＣｈｒｉｓｔｉａｎｓｅｎ，ＪｏｈｎｓｅｎＤＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｉｎｓｅｌｅｃｔｅｄｇｒｉｄｃｏｄｅｓ［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｒｏｎｔｗｉｎｄ．ｃｏｍ／Ａｎａｌｙｓｉｓ％２０ｏｆ％２０ｔｈｅ％２０ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏ，ｕ二ｕ－－－ｏ／ｏ二ｕＬｕｏ，ｕ二ｕｕＩＩｕｏＪ／０２０Ｃｏｄｅｓ．ｐｄｆ．［１４］Ｍａｐｐｉｎｇｏｆｇｒｉｄｆａｕｌｔｓａｎｄｇｒｉｄｃｏｄｅｓ［Ｓ］．ＲＩＳＯＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＴｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｎｍａ￣，ＲＩＳＯ－Ｒ－１６１７（ＥＮ），ＦｌｏｒｉｎＬｏｖ，ｅｔａ１．Ｊｕｌｙ２００７．［１５］ＴｈｅＲＳＡＧｒｄｉＣｏｄｅＳｅｃｒｅｔａｒｉａｔ．ＧｒｉｄｃｏｄｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｆａｃｉｌｉｔｉｅｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｏｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｉｎＳｏｕｔｈＡｆｒｉｃａ，ｖｅｒｓｉｏｎ５．４［ＥＢ／ＯＬ］．［２０１２－０７］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎａｔｉｏｎａｌｇｒｉｄ．ｃｏｒｎ．［１６］ＰｉｋｏＲ，ＭｉｌｌｅｒＮ，Ｓａｎｃｈｅｚ－ＧａｓｃａＪ，ｅｔａ１．Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇｌａｒｇｅｗｉｎｄｆａｒｍｓｉｎｔｏｗｅａｋｐｏｗｅｒｇｒｉｄｓｗｉｔｈｌｏｎｇｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ［Ｃ】／／ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎ．ＡｓｉａａｎｄＰａｃｉｆｉｃ，—Ａｕｇ１４１８，２００５，Ｄａｌｉａｎ，Ｃｈｉｎａ．［１７］王文亮，葛宝明，毕大强．储能型直驱永磁同步风力发电控制系统【Ｊ１．电力系统保护与控制，２０１０，３８（１４）：—４３４８．艾斯卡尔，等风力发电机组故障穿越问题综述．１５３．［１８］［１９］—ＷＡＮＧＷｅｎ－ｌｉａｎｇ，ＧＥＢａｏ－ｍｉｎｇ，ＢＩＤａｑｉａｎｇ．Ｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｂａｓｅｄｄｉｒｅｃｔｄｒｉｖｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｗｉｎｄｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（１４）：４３－４８．刘胜文，包广清，范少伟，等．ＰＭＳＧ无功控制和低电压穿越能力的研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１２，—４０（２）：１３５１４０．—ＬＩＵＳｈｅｎｇ－ｗｅｎ，ＢＡＯＧｕａｎｇ－ｑｉｎｇ，ＦＡＮＳｈａｏｗｅｉ，ｅｔａｌ。ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｔｈｅｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆＰＭＳＧ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１２，４０（２）：１３５－１４０．肖磊．直驱型永磁风力发电系统低电压穿越技术研究【Ｄ】．长沙：湖南大学，２００９．ＸＩＡＯＬｅｉ．Ｓｔｕｄｙｏｎｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ—ｏｆｄｉｒｅｃｔｄｒｉｖｅｎｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｄ］．Ｃｈａｎｇｓｈａ：ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００９．［２ＯＪＬＩＹａｎ，ＣＨＩＹｏｎｇ－ｎｉｎｇ，ＷＡＮＧＺｈｅｎ，ｅｔａ１．ＳｔｕｄｙｏｎＬＶＲＴｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆＤ－ＰＭＳＧｂａｓｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ［Ｃ】／／ＩＥＥＥＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ—（ＰＥＡＭ）．Ｗｕｈａｎ．Ｃｈｉｎａ２０１１．９：１５４１５７．—［２１］ＬＩＤｏｎｇｄｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＨｕａ￣ｉｅ．ＡｃｏｍｂｉｎｅｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅＬＶＲＴｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆａｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｄｒｉｖｅｎｂｙＤＦＩＧ［Ｃ］／／ＩＥＥＥＩｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｆｏｒＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＧｅｎｅｒａ—ｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ．２０１０：７０３７０７．收稿日期：２０１２－１２－１７；修回日期：２０１３－０２－１７作者简介：艾斯卡尔（１９７６一），男，在职博士生，工程师，研究方—向为新能源电网接入技术；Ｅｍａｉｌ：ａｓｋａｒｏｆ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ朱永利（１９６３－），男，博士生导师，研究方向为电力系统安全防御与恢复控制，电力信息分析与处理以及广域信息通信