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一、风力发电故障穿越（GFTR）问题

风力发电机组故障穿越问题（GFTR）是指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。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。风

电机组需要具备一定能力穿越故障，即风力发电机组故障穿越。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。

风机的故障穿越能力（GFRT）包括以下三个概念，低电压穿越(LVRT)、高电压穿越(HVRT)

和频率穿越(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

要的故障穿越能力要求。

二、穿越性故障对风电机组的影响

目前，市场上的主流风电机组有三类，它们分别是直接并网的失速型定速异步风电机组

（FSIG）、双馈异步风电机组（DFIG）、直驱永磁同步风电机组(PMSG)。电网短路故障

对各种机型的影响简述如下：

定速异步风电机组在电网故障下的暂态现象

定速异步风电机组主回路拓扑图如右图所示。从图可知，发电机直接连接到电网。这种

较强的电压和频率藕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。

定速异步风电机组系统主回路拓扑结构

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。

双馈异步风电机组在电网故障下的暂态现象

双馈异步风电机组主回路拓扑如右图所示。从图可知，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，因双馈异步风电机组

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，双馈异步风电机组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，实现双馈异步风电机组风机的故障穿越能力相

对而言比较难。

双馈异步风电机组系统主回路拓扑结构

直驱永磁同步风电机组在电网故障下的暂态现象

对直驱永磁同步风电机组而言，从主回路拓扑图可知，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/电压解藕”，风机的故障

穿越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故

障穿越能力的根本途径。

永磁直驱风力发电系统主回路拓扑结构

三、风电机组的故障穿越能力对电力系统的影响

风电机组/风电场的故障穿越特性对电力系统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：工程经验说明具备故障穿越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