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浅谈风电场低电压穿越技术

摘要：低电压穿越能力：是指在风机并网点电压跌落时，风机能够保持并网，

对过电压、过电流进行抑制技术，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢

复正常，从而“穿越”这个低电压时段。

关键词：浅谈；风电场；低电压；穿越技术

一．规程与标准

根据《国家能源局关于加强风电场并网运行管理的通知》（国能新能【2011】

182号），风电机组应严格按照《风电机组并网检测管理暂行办法》的要求，具

备低电压穿越的能力，并通过有关机构的检测认证；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。《风电场接入电力系统技术规范》（GB/T19963—2000）中对

风电场低电压穿越能力的基本要求：

（1）风电场内的风电机组具有并网点电压跌至20﹪额定电压时能够保证不

脱网连续运行625ms的能力。

（2）风电场发生跌落后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。

二.发生低电压穿越的原因

针对电网故障引起的故障，通常可以分为电网单相接地故障、电网两相接地

故障、电网两相相间短路故障以及电网三相相间短路故障引起的电压跌落，根据

电力系统运行经验表明，在各种类型的电网故障中，单相接地故障占大多数，容

易引起不对称故障电路，而对于我们风力发电场，除了考虑电网电压的波动，还

应该分析风电场集电线路和风机所对应的箱变等可以引起风电机组网侧电压波动

的因素。

三．永磁同步风力发电机组实现低电压穿越的原理

永磁直驱同步1.风力发电系统

永磁直驱同步风力发电系统是一种新型发电系统，采用风轮直接驱动多极低

速永磁同步发电机发电，然后通过全功率变流器变换电路，将电能转换后并入电

网。

全功率2.变流器

全功率变流器是由发电机侧变流器和网侧变流器两个三相PWM电压型变流

器构成，发电机侧变流器实现对永磁同步发电机的控制，网侧变流器实现输出并

网，输出有功、无功功率的解耦和直流侧电压控制，永磁直驱同步风力发电系统

依靠全功率变流器实现高性能控制。

风电机组利用背靠背全功率变流器实现隔离，低电压运行能力上相对双馈型

风力发电机组有一定优势，但是其直流侧也会存在过电压的问题，当电网电压跌

落时，永磁直驱风力发电机组变流器将增加电流，以便提供同样大小的功率给电

网，由于变流器的热容量有限，因此必须对输入电流进行限制。

关于3.耗能Crowbar电路的低电压保护方案

风电机组的卸荷电阻通过功率器件与直流侧相连，当系统正常工作时，保护

电路不起作用，当电网电压发生电压跌落故障时，如果风电机组保持正常运行，

那么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，如果直流侧不采取措施，将导致直流侧电压上升，导致变流器

损坏，为了消除电网短路时故障对风电机组的影响，在直流侧增加了Crowbar电

路，及时投入卸荷电阻，消耗直流侧多余的能量，能够有效的抑制直流侧过电压，

当然，卸荷电阻的选取取决于需要消耗的最大功率及直流侧允许的最高电压。同

时，当故障消除后，切除Crowbar电路，使风电系统迅速恢复正常运行。从而使

电网故障时对风电机组的运行基本不产生影响。

四．关于低电压穿越触发Crowbar保护电路的案例

机组信息：SF-70/1500机组，国产VENSYS变桨，国产Frecon变流

涉及机组：66台风机

低穿时间：2015年9月6日11：02-11：11

运行单位：新能发展达坂城一期项目

故障情景描述：1.

2015年9月6日11：02分，新能达坂城风电一期14号机组报出直流电压高

故障，随后33号机组也报出同样的故障，现场工作人员在查看故障机组信息的

同时，7号机组报出塔底急停、11号子站电源故障、有功功率高、电压不平衡等

故障。查看主控故障文件发现故障时刻网侧电压下降至321V，机组在该电压条件

下进行低电压穿越动作。

故障2.原因分析：

在对发生低电压穿越的机组进行检查的过程中，我们发现7#、14#、32#、

33#机组的制动电阻已经烧毁，如图1

图1：被烧毁的制动电阻箱