低电压穿越技术在双馈风力发电机组中的应用

在全球清洁能源倡导这一大背景下，风力发电以其可再生、无污染等特性，成为电力行业着重发展的方向。双馈风力发电机组（DFIG）因拥有良好的调速性能以及较高的发电效率，于风电领域得以广泛运用。电网运行期间，各类故障屡见不鲜，电压骤降问题亦时有出现。当电网电压发生跌落状况时，倘若双馈风力发电机组无法做出有效应对，便极易与电网解列，这不仅会致使风电输出的中断，还可能引发连锁反应，对电网稳定运行构成严重威胁。因此，低电压穿越技术成为保障风电系统可靠运行的关键技术之一，对该技术在双馈风力发电机组中的应用展开深入研究与探讨具备重要的现实意义。

一、双馈风力发电机组工作原理

双馈风力发电机组之构成，以风力机、双馈异步发电机、变频器以及控制系统等为主要要素。风能的捕获及向机械能的转化，由风力机达成，进而促使双馈异步发电机运转。双馈异步发电机中，定子绕组与电网呈直接相连之态，而转子绕组借助双向变频器与电网实现连接。凭借如此结构，发电机于各异风速情形下，达成变速恒频运行成为可能，风能利用率得以提升。变频器在正常运行期间，对转子电流的频率、幅值以及相位予以控制，发电机有功功率与无功功率的独立调节得以实现，确保发电机输出电能质量契合电网要求。

二、低电压穿越技术的重要性

2.1 维持电网稳定性

电网故障致电压骤降情形下，大量双馈风力发电机组若同时与电网解列，此行为可致使电网功率出现失衡状况，进而引发电压及频率波动现象，甚而存在导致电网崩溃之可能性。然而，那些具备低电压穿越能力的机组，于电压跌落期间，能够维持并网运行的状态，持续朝着电网输送功率，这一行为对于维持电网功率平衡、稳定电网电压及频率、保障电网安全稳定运行等方面均具有助益。

2.2 提高风电利用率

双馈风力发电机组借助低电压穿越技术，于电网电压历经短暂异常后重归正常之际，能迅即恢复至正常发电状态。此技术有效规避因频繁脱网引发的大规模风能损耗现象，达成风能利用效率的提升，让风力发电的优势得以全然展现。进而使得清洁能源于能源结构之中所占比例有所攀升。

三、低电压穿越技术在双馈风力发电机组中的应用

3.1 转子侧变换器控制策略

在双馈风力发电机组的低电压穿越进程中，转子侧变换器占据着不可或缺之地位。一种以定子电压定向为导向的矢量控制策略，通常被予以采用。借助搭建起功率外环以及电流内环所构成的双闭环控制系统，达成对有功功率与无功功率的解耦操控。于电网电压骤降的瞬间，功率外环以迅速之势对功率变动展开检测，电流内环即刻对转子电流加以调整，以此维系发电机电磁转矩的稳定状态，避免机组转速出现大幅度的波动情形。依据电网的实际需求，凭借对转子电流相位以及幅值实施控制，进而灵活地对无功功率输出进行调节，为电网电压的恢复提供必要的支持。

3.2 网侧变换器控制策略

直流母线电压稳定的维持以及输入电网功率因数的把控，由网侧变换器担纲。在低电压穿越时段，电网电压定向矢量控制策略被予以采用，借助电压外环与电流内环展开调节。电压外环的功用在于确保直流母线电压处于许可范围，规避因电压波动而致设备受损；电流内环则对网侧电流施行管控，促使输入功率因数趋近于 1，削减对电网的谐波污染，与此同时，依据电网具体情形对无功功率进行适度调节，与转子侧变换器协同运作，一道为电网电压提供支撑。

3.3 Crowbar 电路的应用

在双馈风力发电机组低电压穿越的达成方面，【Crowbar】电路，作为一种具有重要意义的硬件保护手段。电网电压若被检测到跌落至设定阈值之下，Crowbar 电路即刻有所动作，将转子回路予以短接，同时接入限流电阻。凭借这样的操作，转子电流急剧上升的态势可得到有效抑制，从而使得变频器里的功率器件免遭过高电流冲击而受损。待电网电压恢复至正常状况后，Crowbar电路适时停止运行，让转子侧变换器对发电机的控制得以重新恢复，以此确保机组能够平稳过渡到正常运行状态。

四、低电压穿越技术面临的挑战与应对策略

4.1 挑战

在双馈风力发电机组领域，低电压穿越技术广泛应用的状况已然存在。然而，诸多挑战亦伴随而来。不同地区电网故障特性、电压跌落情况差异显著，这使得该技术对更强适应性的需求凸显。当电压跌落深度可观或持续时间漫长，维持机组稳定运行且向电网供给充足无功支持的难度加大，机组控制策略以及硬件性能面临更高要求。实现低电压穿越功能或导致机组成本攀升，如何在保障性能的条件下对成本予以优化，成为亟待解决的重要问题。

4.2 应对策略

针对所面临之挑战，控制算法的优化工作需获进一步推进。智能控制技术诸如自适应控制以及模糊控制等应被加以采用，凭借此等手段，机组方可依据电网实际状况，对控制策略予以实时调整，从而实现低电压穿越适应性与可靠性的提升。在硬件范畴，新型功率器件与拓扑结构的研发，对于设备耐受能力以及响应速度的提升具有重要意义。借助合理的系统设计以及优化布局，因增添低电压穿越功能而致使的成本攀升问题可得到有效缓解。

结论

双馈风力发电机组稳定运行，关键支撑技术之一为低电压穿越技术，其于电网安全稳定保障、风电利用率提升，具不可替代的作用。通过转子侧变换器、网侧变换器控制策略优化，以及 Crowbar 电路之合理应用等举措，双馈风力发电机组低电压穿越能力得以有效提升。面对当前技术应用中面临的挑战，技术创新与优化工作持续开展，将为风力发电行业可持续发展奠定稳固根基，促使清洁能源于全球能源格局中占据更为关键的地位。

参考文献：

[1] 王有荣 , 王媛 , 牛问涛 , 等 . 低电压穿越技术在双馈风力发电机组中的应用 [J]. 内蒙古石油化工 , 2014(7):3.DOI:10.3969/j.issn.1006-7981.2014.07.037.

[2] 张荣训 . 双馈风力发电机组及其低电压穿越技术 [C]// 全国绿色数智电力设备技术创新成果展示会. 贵州龙源新能源有限公司, 2024.

[3] 刘江华 , 彭定杰 , 余业祥 , 等 . 一种双馈风力发电机组低电压穿越方法 :CN201910878046.6[P].CN110611328B[2025-09-03].