电压跌落发生器.doc

电压跌落发生器 电压跌落发生器 直流电压跌落发生器主要针对由直流配电系统供电的电气和电子设备在运行时，受到供电电源电压暂降 短时中断或电压变化的抗扰度所带来的影响建立一个共同准则。, 当电网电压跌落至一定程度时, 风电系统便会自动脱网, 而随着风电发电量的增加, 这种方法对电网的影响已经不能忽略。目前, 风力发电占主导地位的一些国家, 如丹麦、德国等国相继制定了新的电网运行准则, 要求风电系统具有低电压穿越能力LVRT( Low Voltage Ride - Through) , 只有当电网电压跌落低于规定曲线以后才允许风力机脱网, 当电压在凹陷部分时, 发电机应提供无功功率,这对风电系统测试提出了新的要求。 因为电网故障的不可控性, 因此必须有专门的设备用于测试风力发电系统在电压跌落发生时的穿越能力, 这种设备称为电压跌落发生器VSG(VoltageSag Generator) 。电压跌落是最为常见的电网故障,其故障类型和比例为: 单相对地故障70 %, 两相对地故障15 %, 相间故障10 %, 三相故障5 %。因此,VSG 必须能够产生这些故障类型。对电压跌落深度的要求一般是跌至50 % 以下甚至到零, 持续时间为0.5 到数百个电网电压周期, 而典型的低电压穿越曲线中, 电压需跌落至15 % 以下, 持续时间为300 ms。实际风电系统测试中对VSG 的需求不断增加, 可行性强的VSG 方案要满足3 个方面的要求: 高功率等级, 实现简单和成本低, 并要综合考虑测试、成本等多方面的因素。 在对现有风力发电系统用VSG 方案进行详细总结基础上, 把VSG 拓扑结构归结为以下3 类: 阻抗形式、变压器形式和电力电子变换形式的VSG, 1 阻抗形式VSG 基于阻抗形式实现的VSG, 通过在主电路中并联或串联电阻/ 电抗实现电压跌落。图1 是阻抗形式VSG 的拓扑结构, 其中又分为并联方式和串联方式。并联阻抗方式见图1( a) , 通过阻抗1 与阻抗2 以及负载阻抗的适当匹配, 正常情况下, 能量流经阻抗1进入负载, 当开关闭合时, 因为阻抗2 的值相对较小,因而使负载上的电压发生跌落, 当开关断开时, 负载电压恢复正常。串联阻抗方式见图1( b) , 所串联的阻抗也需要与负载阻抗相匹配以产生预期的电压跌落, 正常运行时, 开关闭合, 电网直接对负载供电, 当开关断开时, 由于串联阻抗相对较大, 从而使负载上的电压下降。 这种方式实现的VSG, 如果阻抗本身不能改变,所得到的电压跌落深度是不可调节的, 因此, 如果并联或串联的是可变阻抗, 则可以得到可变的电压跌落深度。其中, 开关器件可以是继电器、接触器或者晶闸管, 例如并联方式中开关若是双向晶闸管, 则类似于晶闸管投切电抗器, 实际中继电器和接触器使用较多, 但是也存在很多问题。 阻抗形式的VSG 结构简单, 实现方便, 但是由于阻抗在正常运行或电压跌落时流过功率, 因此必须选择大功率的阻抗器件, 并且能量损耗较大, 同时当电压跌落发生时负载侧无法向电网馈送能量, 不能进行风电系统无功调节等功能的研究, 而且当负载变化时, 阻抗的匹配关系也发生变化, 使电压跌落深度难以有效控制。因此, 阻抗形式实现的VSG 目前使用较少。 2 变压器形式VSG 基于变压器形式实现的VSG 应用很广泛, 其中又可以分为2 类: 以单个升压或降压变压器组合形式实现的VSG 和以中心抽头变压器形式实现的VSG。升降压变压器组合形式的VSG 拓扑如图2 所示。图2( a) 是并联方式, 其中变压器1 是降压变压器, 此时的电网是高压电网, 普通低压电网条件下可以省去变压器1, 电压跌落通过变压器2 和开关S1、S2实现; 正常运行时, S1 闭合, S2 断开, 负载由电网通过变压器1 供电, 当需要电压跌落时, 闭合S2, 即可使负载电压近似降至零, 断开S1 即可使跌落结束, 恢复负载的正常供电。并联方式中, 电压跌落是通过变压器2 副边对地短路实现的, 因而变压器2 必须有较强的抗电流冲击能力。图2( b) 是串联形式, 降压变压器和升压变压器的变比相反, 正常运行时开关组1 闭合, 开关组2 断开, 电网电压经两级变压器先降压后升压对负载供电, 断开开关组1 同时闭合开关组2, 则使负载电压跌至降压变压器的副边电压, 当断开开关组2 同时闭合开关组1 时, 负载电压恢复正常。中心抽头变压器形式实现的VSG 拓扑结构如图3 所示, 其中( a) 是单相结构, ( b) 是三相结构。以单相结构为例说明, 正常运行时, 开关S1 闭合, S2 断开,此时变压器的变比为1∶1, 当S1 断开同时S2 闭合时,使负载接入变