【論文摘要】風電接入電網的比例逐漸增大，同時也帶來了相應的電網安全隱患。為避免因風電脫網而造成大面積停電事故，對風電機組低電壓穿越能力進行測試十分必要。保證風電機組低電壓穿越能力是風電大規模接入系統的重要前提。本文闡述了風電機組低電壓穿越測試的相關內容，并分析了如何選擇低電壓穿越測試的相關參數，提出了加強管理風電機組低電壓穿越能力的相關意見。

　　【論文關鍵詞】風電機組；低電壓穿越能力；測試；技術

　　0.前言

　　近年來，風電在電網中的滲透比率越來越大，帶來了很好的社會效益，同時也取得了相當可觀的經濟效益。但風電機組由于沒有具備低電壓穿越能力，而導致大面積脫網事故的現象時有發生，引起了國家有關部門的高度重視。為此，國家電網頒布了《關于開展并網風電機組低電壓穿越專項檢測工作的通知》和《關于印發風電并網運行反事故措施要點的通知》，要求對風電機組低電壓穿越能力進行測試，檢測不合格的應進行升級改造，以確保風電接入電網的安全運行。

　　1.低電壓穿越測試的原理和內容

　　1.1低電壓穿越測試的原理
　　根據低電壓穿越測試的原理要求，電壓跌落必須以阻抗分壓的形式出現。而串聯阻抗能夠減少短路電流對電網的沖擊力度，且對風機無顯著的暫態響應。電壓跌落前后，串聯阻抗可連接其中一個旁路開關，依靠并聯阻抗連接短路開關產生電壓跌落。

　　世界上現有兩種低電壓穿越測試設備：低壓側低電壓穿越測試設備、中壓側低電壓穿越測試設備。這兩種測試設備具有相同的基本原理，具有等效的并網點電壓跌落效果，并得到國際認證。

　　1.2低電壓穿越測試的內容
　　影響風電機組低電壓穿越特性的因素很多，諸如主控系統、變槳系統、變頻器等，任意一項出現問題都可能會影響低電壓穿越特性，造成潛在的脫網事故隱患。因此，對風電機組進行低電壓穿越能力檢測非常重要。

　　⑴低電壓穿越測試的形式：一般分為低電壓穿越能力抽檢測試、低電壓穿越能力認證測試兩種。低電壓穿越能力抽檢測試是指風電機組已經在風電場，且具備了低電壓穿越能力認證合格證書之后，對其再次進行抽樣試驗的測試。而低電壓穿越能力認證測試則是對廠家生產的風電機組進行型式試驗，驗證風電機組的低電壓穿越能力的測試。

　　⑵低電壓穿越能力認證測試：進行風電機組的低電壓穿越能力認證測試的資格單位應具備CNAS資質。目前符合要求的單位有遼寧電科院、中國電科院等。測試內容：在小功率輸出達到10%～30%，大功率輸出超過90%的工況下，風電機組電壓跌落到20%、35%、50%、90%時，則應進行風電機組低電壓穿越能力驗證，并做到每種情況進行2次驗證。

　　⑶低電壓穿越能力抽檢測試：僅驗證在兩種工況下，風電機組電壓跌落到20%時的穿越能力。

　　⑷不同電壓跌落對應的跌落時間：剩余電壓20%—跌落時間625ms、剩余電壓35%—跌落時間920ms、剩余電壓50%—跌落時間1214ms、剩余電壓75%—跌落時間1705ms、剩余電壓90%—跌落時間2000ms。

　　2.低電壓穿越測試相關參數的選擇分析

　　2.1短路容量
　　目前，我國對于短路容量的限定值標準還未明確，但在國外一些國家，尤其是風電發展較快的國家，對于低電壓穿越測試的短路容量有非常明確的要求，即短路容量必須是風機容量的3倍或以上，有些甚至要求達到5倍以上10倍以下。根據相關的測試結果顯示，當工況相同、電壓跌落相同的情形下，風電機組低電壓穿越的容易程度隨著短路容量的增大而增大。按照相關規定，在低電壓穿越產生的裝置中，串聯阻抗應起到限流的功效，且串聯阻抗大小不會對風電機組產生明顯的暫態響應。短路容量越小，串聯阻抗就越大，短路容量越大，串聯阻抗就越小，兩者呈反比例關系。若選擇串聯阻抗過大時，則會對風電機組暫態響應產生影響，造成低電壓穿越失敗。總結實際測試相關經驗，若短路容量設定小于2倍，電壓跌落到50%以下時，低電壓的穿越能力就會受到較大的串聯阻抗影響，從而產生切機情況。但若工況相同、電壓跌落相同，短路容量設定超過3倍，風電機低電壓穿越測試則可順利完成。

　　2.2跌落電壓
　　在每個并網的風電場對風電機組的低電壓穿越進行抽檢測試，是保證風電接入電網安全運行的必要措施。抽檢測試中可在每種機型中抽選1臺檢測，檢測在兩種工況下，電壓跌落到20%時低電壓的穿越能力。但總結測試經驗，若單只檢驗電壓跌落到20%時的低電壓，難以全面反映風電機組低電壓的穿越能力。因為有時候電壓跌落到20%時可通過，但當電壓跌落達到90%時，則可能無法通過。但由于我國目前有資格進行風電機組低電壓穿越檢測的單位有限，因此，很難確定低電壓的測試周期，這也決定了我國低電壓的穿越測試工作需經過很長時間才能完成。

　　2.3轉子短路的保護
　　當前很多制造商會在發電機轉子側裝上crowbar電路，以提供旁路，保證發電機不脫網運行。其主要作用是在檢測到電網系統出現故障，導致電壓跌落時，能夠閉鎖雙饋感應發電機勵磁變流器。與此同時投向轉子回路的旁路，以對電流、轉子繞組通過電壓形成限制和阻礙，從而達到保證發電機不脫網運行的目的。在主流側并接入制動電阻和制動單元，可以很好的消耗掉充電電容中的電壓，從而有效降低變流器的直流側電壓。

　　但保護電路存在一些缺陷，例如在出現電網故障時，按感應電動機方式運行的機組會吸收大量功率，從而降低電網電壓的穩定性。另外，進行crowbar保護電路操作時，還會對系統產生暫態沖擊。因此，在crowbar觸發后，可保證發電機不脫網，但不能支撐電網電壓。Crowbar一般通過可控硅來控制導通，有效防止轉子和直流母線過流或過壓現象。但可控硅不能控制其關斷，一旦可控硅導通，直流母線電壓釋放就會歸0，變流器無法工作。隨著技術的不斷發展，制造商制造出能夠控制其關斷的crowbar回路，即有源 crowbar，很好地解決了以上問題。

    電網出現故障期間，勵磁變流器會與電網、轉子繞組始終保持連接狀態，由此不受故障影響，保證雙饋感應發電機能正常運行。電網故障消除后，即可關斷功率開關，切除旁路電阻，使雙饋感應發電機正常運作。

　　2.4有功功率的恢復速度
　　根據我國最新的《風電場接入電力系統技術規定》（GB/T19963—2011），僅對風電場故障消除后的有功功率恢復速度有相關要求，而對單臺風電機組并無明確的規定要求。根據實際的檢測結果顯示，風電機組的有功功率恢復一般可分為兩種：瞬間恢復有功功率、按一定速率恢復有功功率。總結檢測經驗，就單臺風電機組而言，瞬間恢復有功功率占有優勢。另外，變流器與主控變槳系統間的互相配合作用也至關重要，在滿足功率恢復速度時，還應避免恢復過快造成的暫態沖擊。

　　3.加強風電機組低電壓穿越測試相關意見

　　雖然風電機組的性能越來越高，但暴露出來的問題也不少。尤其是風電機組部件和參數設定中存在問題。因此，需對這些部件版本進行必要的升級。但從目前的情況來看，在進行風電機組低電壓穿越能力認證測試中，測試人員往往只考慮了參數配置問題，而忽略了參數對風電機組運行的相關影響作用。建議發電企業與電網公司互相協作共同解決。發電企業應在低電壓抽檢后，詳細記錄風電機組調整前后相關信息，并將調整情況反饋到調度部門，由調度部門決定是否需要重新進行低電壓穿越抽檢測試工作。另外，調度部門還應做好抽檢測試備案工作，包括記錄風電機組相關配置和參數，制定核查計劃書。

　　4.小結

　　綜上所述，做好風電機組低電壓穿越測試工作對預防風電脫網具有重要意義。因此，要熟練掌握低電壓穿越測試相關原理和內容，更要選擇好低電壓穿越測試相關參數，以確保電壓跌落期間不脫網運行，達到電網安全、穩定運行的要求。