应用于双馈风机高低压穿越的定子串联阻抗保护方案

叶迪卓然，蔡 旭，饶芳权

（上海交通大学风力发电研究中心，上海 200240）

随着转子撬棒（crowbar）保护广泛应用于双馈感应发电机 DFIG（doubly-fed induction generator），多数DFIG已初步具备低电压穿越能力。但随着风电接入比例的持续提升[1]，Crowbar电路的固有缺陷凸显。从风机侧看，Crowbar保护投入将短路DFIG转子，机侧变流器失去了控制转子电流的能力，无法调节定子有功和无功输出；从电网侧看，转子短路的DFIG作为感应电机运行，吸收电网无功，不利于电网电压恢复。另外，Crowbar电路无法保护定子绕组，难以实现高电压穿越。

2011年的风电国家标准除规定了DFIG的低压不脱网运行能力以外，还提出了故障期间的动态无功支撑要求，动态无功电流IT应满足IT≥1.5×（0.9-UT）IN，其中，UT为风电场并网点电压标幺值；IN为风电场额定电流。2016年的中国能源行业标准进一步要求风电场能够穿越过最高1.2倍的故障高电压。因此，既有的Crowbar保护难以满足以上的无功支撑和高电压穿越需求，保护措施亟需改进。

目前，国内外对DFIG的故障穿越已有较多研究[2-6]，对DFIG的无功调节机理亦有阐明[7-9]，但对于电网故障期间DFIG无功支撑能力的分析较少，这可能与Crowbar电路的固有限制有关，需要探索新型电路拓扑和控制策略。文献[10]使用静止无功补偿器，在高电压故障时吸收无功电流，使并网点电压下降；文献[11]使用动态电压恢复器DVR（dynamic voltage restorer）在低压穿越期间维持风机出口电压；文献[12]利用动态电压调节器补偿定子电压，但额外的逆变桥成本较高；文献[13]采用多功能串联补偿器，能够限制风机电流突升；……