簡介
低電壓穿越網
英文:Low voltage ride through
縮寫: LVRT
低電壓穿越低電壓穿越（LVRT），指在風力發電機併網點電壓跌落的時候，風機能夠保持
併網，甚至向電網提供一定的無功功率，支持電網恢復，直到電網恢復正常，從而“穿越”這個低電壓時間(區域)。LVRT是對併網風機在電網出現電壓跌落時仍保持併網的一種特定的運行功能要求。不同國家(和地區)所提出的LVRT要求不盡相同。目前在一些風力發電占主導地位的國家，如丹麥、德國等已經相繼制定了新的電網運行準則，定量地給出了風電系統離網的條件（如最低電壓跌落深度和跌落持續時間），只有當電網電壓跌落低於規定曲線以後才允許風力發電機脫網，當電壓在凹陷部分時，發電機應提供無功功率。這就要求風力發電系統具有較強的低電壓穿越（LVRT）能力，同時能方便地為電網提供無功功率支持，但目前的雙饋型風力發電技術是否能夠應對自如，學術界尚有爭論，而永磁直接驅動型變速恆頻風力發電系統已被證實在這方面擁有出色的性能。
穿越要求
基本要求
風電場低電壓穿越要求對於風電裝機容量占其他電源總容量比例大於5%的省（區域）級電網，該電網區域內運行的風電場應具有低電壓穿越能力。
右圖為對風電場的低電壓穿越要求。
a) 風電場內的風電機組具有在併網點電壓跌至20%額定電壓時能夠保證不脫網連續運行625ms的能力；
b) 風電場併網點電壓在發生跌落後2s內能夠恢復到額定電壓的90%時，風電場內的風電機組能夠保證不脫網連續運行。
考核要求
對於電網發生不同類型故障的情況，對風電場低電壓穿越的要求如下：
a) 當電網發生三相短路故障引起併網點電壓跌落時，風電場併網點各線電壓在圖中電壓輪廓線及以上的區域內時，場內風電機組必須保證不脫網連續運行；風電場併網點任意線電壓低於或部分低於圖中電壓輪廓線時，場內風電機組允許從電網切出。
b) 當電網發生兩相短路故障引起併網點電壓跌落時，同理。
c) 當電網發生單相接地短路故障引起併網點電壓跌落時，風電場併網點各相電壓在圖中電壓輪廓線及以上的區域內時，場內風電機組必須保證不脫網連續運行；風電場併網點任意相電壓低於或部分低於圖中電壓輪廓線時，場內風電機組允許從電網切出。
有功恢復
對電網故障期間沒有切出電網的風電場，其有功功率在電網故障切除後應快速恢復，以至少10%額定功率/秒的功率變化率恢復至故障前的值。
無功支撐
對於百萬千瓦（千萬千瓦）風電基地內的風電場，其場內風電機組應具有低電壓穿越過程中的動態無功支撐能力，要求如下：
a) 電網發生故障或擾動，機組出口電壓跌落處於額定電壓的20%~90%區間時，機組需通過向電網注入無功電流支撐電網電壓，該動態無功控制應在電壓跌落出現後的30ms內回響，並能持續300ms的時間。
b) 機組注入電網的動態無功電流幅值為：K(1.0-Vt)In。 In為機組的額定電流；Vt為故障區間機組出口電壓標么值；Vt=V/Vn,其中V為機組出口電壓實際值，Vn為機組的額定電壓，K≥2。
必要性
據國家電力監管委員會2011年第四號《風電安全監管報告》統計，僅2011年一年，我國發生規模超過10萬千瓦的風電機組脫網事故193次，超過50萬千瓦的大型事故12次。風電機組脫網事故給電網安全穩定運行和可靠供電帶來很大風險，同樣也使風電場業主遭受電量損失。
據事故調查分析，部分併網運行的風電機組不具備低電壓穿越能力，且故障期間未能有效地提供動態無功支撐，是造成風電大規模脫網的主要原因之一。當風電場不具備低電壓穿越能力，電力系統發生擾動故障導致大量風電機組被切除時，系統潮流會發生嚴重轉移，電網電壓和頻率均受到影響，不利於系統的穩定運行。
為維持電力系統的安全穩定運行和保證風電場併網安全，對風電場提出低電壓穿越的要求是必要的。低電壓穿越要求是電力系統功率平衡與頻率穩定的需要，也是局部電網電壓穩定及電壓恢復的需要。
機組造價
風電機組低電壓穿越（LVRT）能力的深度對機組造價影響很大,根據實際系統對風電機組進行合理的LVRT能力設計很有必要。對變速風電機組LVRT原理 進行了理論分析,對多種實現方案進行了比較。在電力系統仿真分析軟體DIgSILENT/PowerFactory中建立雙饋變速風電機組及LVRT功能 模型。以地區電網為例,詳細分析系統故障對風電機組機端電壓的影響,依據不同的風電場接入方案計算風電機組LVRT能力的電壓限值,對風電機組進行合理的 LVRT能力設計。結果表明,風電機組LVRT能力的深度主要由系統接線和風電場接入方案決定，設計風電機組LVRT能力時,機組運行曲線的電壓限值應根 據具體接入方案進行分析計算。
解決方法
需要改動控制系統，變流器和變槳系統。我國的標準將是20%電壓，625ms，接近awea(american wind energy association)[美國風能協會]的標準。
針對不同的發電機類型有不同的實現方法，最早採用也是最普遍的方案是採用CROWBAR,有的已經安裝在變頻器之中，根據不同的系統要求選擇低電壓穿越能力的大小，即電壓跌落深度和時間，具體要求根據電網標準要求。
風電製造商採用得較多的方法，其在發電機轉子側裝有crowbar電路，為轉子側電路提供旁路，在檢測到電網系統故障出現電壓跌落時，閉鎖雙饋感應發電機 勵磁變流器，同時投入轉子迴路的旁路（釋能電阻）保護裝置,達到限制通過勵磁變流器的電流和轉子繞組過電壓的作用，以此來維持發電機不脫網運行（此時雙饋 感應發電機按感應電動機方式運行）。也就是在變流器的輸出側接一旁路CROWBAR，先經過散熱電阻,再進入三相整流橋,每一橋臂上為晶閘管下為一二極 管，直流輸出經銅排短接.當低電壓發生後,無功電流均有加大，有功電流有短時間的震盪，過流在散熱電阻上以熱的形式消耗,按照不同的標準，能堅持的時間要 根據電壓跌落值來確定。當然，在直流環節上也要有保護裝置.詳細就不討論。FRT的實物與圖片可供大家參考。但是大家所提到的FRT只是老式的,新式是在直流環節有保護裝置，但輸出側仍是無源CROWBAR。
crowbar觸發以後，按照感應電動機來運行，這個只能保證發電機不脫網，而不能向電網提供無功，支撐電網電壓。LVRT能提供電網支撐的風機很少，這個是LVRT最高的level。德國已經制定標準了。最後還是得增加轉子變頻器的過流能力。
實現技術
風電場低電壓穿越能力的最終實現還是基於風電機組低電壓穿越能力，因此風電機組具有低電壓穿越能力尤為重要。
電網電壓跌落對併網風電機組有著較大的影響。暫態過程導致發電機中出現的過電流會損壞電力電子器件，附加的轉矩、應力過大則會損壞風電機組的機械部件。對於雙饋式變速風電機組，在電網發生故障導致機端電壓跌落時，發電機定子電流增加，快速增加的定子電流會導致轉子電流急劇上升，另外由於發生故障時風輪吸收的風能不會明顯減少，而風電機組由於機端電壓降低，不能正常向電網輸送有功功率，即有一部分能量無法輸入電網，這些不平衡能量將導致風電機組出現直流環節電容充電、直流電壓快速上升、風電機組加速等一系列問題。
要實現風電機組的低電壓穿越，其關鍵是風電機組變流器保護和主控及槳距角控制的配合。實現雙饋式變速風電機組低電壓穿越能力的常用技術有兩種：一是在機組轉子與變流器之間增加一個旁路電路，故障時投入旁路電路將轉子側變流器短路，保證變流器避開過電流的衝擊，從而起到保護作用；二是在兩個變流器之間的直流環節加入能量泄放模組，當檢測到直流電壓過高則觸發該模組以泄放多餘的不平衡能量。
風電機組的低電壓穿越能力可以通過使用電壓跌落髮生裝置對風電機組進行低電壓穿越測試來證明。不同風況對應了不同能量水平下的風電機組低電壓穿越特性，因此需要分別進行測試，這使得風電機組低電壓穿越測試的周期較長，一般需要2個月左右。等待各種合適風況所耗費的時間，占據了測試的大部分。其次，風電機組廠商需要進行前期摸底試驗和低電壓穿越控制策略的改進調整，也占用了較多時間。
穿越測試
金風科技於10月下旬率先在國內通過規模化工況條件下的低電壓穿越測試。此舉印證了直驅永磁的天然併網優勢，將有力推動金風科技全面打造“電網友好型”產品，進一步為客戶發現和創造價值。
本次測試地點位於甘肅瓜州自主化示範風電場，項目裝機總容量為30萬千瓦，全部採用了金風科技1.5MW直驅永磁風力發電機組。測試之前，金風科技在一天之內即完成對全部參測22台機組的低電壓穿越升級改造。在西北電網甘肅瓜州東大橋變電站330kV人工單相短路試驗條件下，有19台機組在大風滿發工況下成功實現不對稱低電壓穿越，一次性通過比例高達86.4%。電網和投資商對此次測試結果表示了一致認可。
低電壓穿越是當電網故障或擾動引起風電場併網點電壓跌落時，在一定電壓跌落的範圍內，風力發電機組能夠不間斷併網，從而維持電網的穩定運行。在此之前，金風科技已於2010年6月在德國通過由Windtest驗證的低電壓穿越測試，並於2010年8月在國內通過由中國電力科學研究院驗證的低電壓穿越測試。
本次測試則是國內首次由數十台機組在實際運行條件下進行的工況測試，因此測試數據也更加具有實際套用價值和普遍說服力。
相關信息
新的電網規則要求在電網電壓跌落時，風力發電機能像傳統的火電、水電發電機一樣不脫網運行，並且向電網提供一定的無功功率，支持電網恢復，直到電網電壓恢復，從而“穿越”這個低電壓時期(區域)，這就是低電壓穿越(LVRT)。
雙饋風電機組低壓穿越技術的原理：在外部系統發生短路故障時，雙饋電機定子電流增加，定子電壓和磁通突降，在轉子側感應出較大的電流。轉子側變流器直接串連在轉子迴路上，為了保護變流器不受損失，雙饋風電機組在轉子側都裝有轉子短路器。當轉子側電流超過設定值一定時間時，轉子短路器被激活，轉子側變流器退出運行，電網側變流器及定子側仍與電網相連。一般轉子各相都串連一個可關斷晶閘管和一個電阻器，並且與轉子側變流器並聯。電阻器阻抗值不能太大，以防止轉子側變流器過電壓，但也不能過小，否則難以達到限制電流的目的，具體數值應根據具體情況而定。外部系統故障清除後，轉子短路器晶閘管關斷，轉子側變流器重新投入運行。在定子電壓和磁通跌落的同時，雙饋電機的輸出功率和電磁轉矩下降，如果此時風機機械功率保持不變則電磁轉矩的減小必定導致轉子加速，所以在外部系統故障導致的低電壓持續存在時，風電機組輸出功率和電磁轉矩下降，保護轉子側變流器的轉子短路器投入的同時需要調節風機槳距角，減少風機捕獲的風能及風機機械轉矩，進而實現風電機組在外部系統故障時的LVRT功能。
風力發電技術領先的國家，如丹麥、德國、美國已經相繼定量的給出了風力發電系統的低電壓穿越的標準。圖為美國電網LVRT標準，從圖中曲線可以看出:曲線以上的區域是風電場需要保持同電力系統連線的部分，只有在曲線以下的區域才允許脫離電網。風電場必須具有在電網電壓跌落至額定電壓15%能夠維持併網運行625ms的低電壓穿越能力;風電場併網點電壓在發生跌落故障後3s內能夠恢復到額定電壓的90%時，風電場必須保持併網運行。只有當電力系統出現在曲線下方區域所示的故障時才允許脫離電網。
另外，控制系統要嵌入動態電壓暫降補償器，當有暫降時瞬時將電壓補償上去，先保住控制系統不跳。ABB號稱採用了一種ACtive CROWBAR來實現低壓穿越功能。
