對于FS IG, 從電壓跌落到恢復(fù)的時間內(nèi), 其鼠籠式轉(zhuǎn)子能承受此短時過電流而不會受損燒毀[7];而DF IG 轉(zhuǎn)子側(cè)接有ACöD CöA C 變換器, 其電力電子器件的過壓、過流能力有限。如果對電壓跌落不采取控制措施限制故障電流, 較高的暫態(tài)轉(zhuǎn)子電流會對脆弱的電力電子器件構(gòu)成威脅[ 5, 6 ]; 而控制轉(zhuǎn)子電流會使變流器電壓升高, 過高的電壓一樣會損壞變流器[ 8 ]; 且變流器輸入輸出功率的不匹配有可能導(dǎo)致DC2link (直流用線) 電壓的上升或下降(與故障時刻電機(jī)超同步速或次同步速有關(guān)[ 7 ])。因此DF IG 的LVRT 實現(xiàn)較為復(fù)雜。
　　電網(wǎng)發(fā)生故障(尤其是不對稱故障) 的過渡過程中, 電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩會出現(xiàn)較大的波動, 對風(fēng)機(jī)齒輪箱等機(jī)械部件構(gòu)成沖擊, 影響風(fēng)機(jī)的運(yùn)行和壽命。定子電壓跌落時, 電機(jī)輸出功率降低, 若對捕獲功率不控制, 必然導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)速上升[5～ 7]。在風(fēng)速較高即機(jī)械動力轉(zhuǎn)矩較大的情況下, 即使故障切除, 雙饋電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩有所增加, 也難較快抑制電機(jī)轉(zhuǎn)速的上升, 使雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升高,吸收的無功功率進(jìn)一步增大, 使得定子端電壓下降, 進(jìn)一步阻礙了電網(wǎng)電壓的恢復(fù), 嚴(yán)重時可能導(dǎo)致電網(wǎng)電壓無法恢復(fù), 致使系統(tǒng)崩潰[9, 10] , 這種情況與電機(jī)慣性、額定值以及故障持續(xù)時間有關(guān)。
　　2. 2　PMSG 的暫態(tài)現(xiàn)象
　　對于PM SG, 定子經(jīng)ACöD CöA C 變流器與電網(wǎng)相接, 發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)不存在直接耦合。電網(wǎng)電壓的瞬間降落會導(dǎo)致輸出功率的減小, 而發(fā)電機(jī)的輸出功率瞬時不變, 顯然功率不匹配將導(dǎo)致DC2link (直流母線) 電壓上升[7, 11, 12] , 這勢必會威脅到電力電子器件安全。如采取控制措施穩(wěn)定DC2link 電壓, 必然會導(dǎo)致輸出到電網(wǎng)的電流增大, 過大的電流同樣會威脅變流器的安全。當(dāng)變流器直流側(cè)電壓在一定范圍波動時, 電機(jī)側(cè)變流器一般都能保持可控性, 在電網(wǎng)電壓跌落期間, 電機(jī)仍可以保持很好的電磁控制。所以同步直驅(qū)系統(tǒng)的LVRT 實現(xiàn)相對DF IG 而言較為容易[13]。
　　3　LVRT 的實現(xiàn)方法
　　3. 1　FSIG 的LVRT 實現(xiàn)
　　電壓跌落期間FS IG 的主要問題是電磁轉(zhuǎn)矩衰減導(dǎo)致轉(zhuǎn)速的飛升。其簡單的結(jié)構(gòu)使得能采取的措施也很有限。最簡單的方法是在可靠判斷出故障后, 利用快速變槳來減小輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩, 限制轉(zhuǎn)速上升[5, 7]。但風(fēng)機(jī)槳葉具有很大的慣性, 該方案需要風(fēng)機(jī)有很好的變槳性能。
　　變槳控制不足之處在于無法提供無功以支持電網(wǎng)恢復(fù), 鼠籠電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)反而需要吸收電網(wǎng)的無功。一般減少無功吸收的方法是按最大功率輸出安裝電容器組。但在風(fēng)力發(fā)電這種能量波動大的場合會帶來系統(tǒng)電壓的波動, 且會磨損發(fā)電機(jī)械, 故障時臨近母線會出現(xiàn)過電壓, 因此文獻(xiàn)[14 ] 提出采用靜態(tài)無功補(bǔ)償SVC ( stat ic var compen sa to r) 方案, 安裝一個靜態(tài)無功補(bǔ)償器, 實時補(bǔ)償所需無功。研究結(jié)果顯示, 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行波形得到改善, 提高了故障穿越能力。
　　文獻(xiàn)[16 ] 提出采用靜態(tài)同步補(bǔ)償器STACOM (vo ltage sou rce stat ic var comp en sato r)來調(diào)節(jié)電壓, 其研究結(jié)果顯示在適當(dāng)?shù)念~定功率下, 該方案可以實現(xiàn)低電壓穿越。與靜態(tài)無功補(bǔ)償器相比, 該方法的補(bǔ)償電流不依賴于連接點電壓,所以補(bǔ)償電流在電壓下降時不會降低。然而, 由于成本的原因, 這一方案難以工程化。總的來說,DF IG 在電壓跌落時面臨的問題不是很大, 其LVRT 實現(xiàn)可以配合變槳和其他措施實現(xiàn)。
  　 3. 2　PM SG 的LVRT 實現(xiàn)
　　電壓跌落期間PM SG 的主要問題在于能量不匹配導(dǎo)致直流電壓的上升。可采取措施儲存或消耗多余的能量以解決能量的匹配問題。這種設(shè)計的效果需要考慮成本、電網(wǎng)規(guī)范以及故障深度和時間。可以考慮從變流器設(shè)計入手[11] , 選擇器件時放寬電力電子器件的耐壓和過流值, 并提高直流電容的額定電壓。這樣在電壓跌落時可以把DC2link的電壓限定值調(diào)高, 以儲存多余的能量, 并允許網(wǎng)側(cè)逆變器電流增大, 以輸出更多的能量。但是考慮到器件成本, 增加器件額定值是有限度的, 而且在長時間和嚴(yán)重故障下, 功率不匹配會很嚴(yán)重, 有可能超出器件容量, 因此這種方法較適用于短時的電壓跌落故障。
　　上面的方法考慮增大功率輸出和儲能以解決功率匹配。同樣可以考慮減小電機(jī)的發(fā)電功率來平衡功率[ 11, 12 ]。