4.2　故障跌落装置实验

为了模拟电网短路故障，在风力发电系统和电网之间串联一台电压故障发生器。故障发生器的主体部分由一台额定容量20kVA的抽头变压器、三相接触器和IGBTs组成，其主电路结构见图4-5。

图4-5　故障发生器原理

故障发生器实物图见图4-6，抽头变压器的原、副边为Δ/Y型接线，原边接电网电压，副边自耦绕组的抽头分为0%、20%、50%、80%、100%、120%等6个档位。副边的抽头连接三相接触器，除100%档位外，其他档位的接触器输出端并联。模拟跌落前，先通过开合不同的接触器选定故障类型，然后通过按钮控制IGBTs的通断实现抽头间的切换，从而形成电压的降落过程，模拟电网电压跌落。

图4-6　故障发生装置

该装置的关键是IGBTs的切换过程，包括切换的逻辑和缓冲电路。为了避免切换线路时产生的电压尖峰，100%档位和跌落后的档位存在2 μs的叠加导通区域，并且在IGBTs的集电极和发射极之间加RC缓冲电路。缓冲电路既要在关断时迅速吸收电压尖峰，导通电流又不能在导通时过大。前者要求电阻小、电容大，后者要求电阻大、电容小。R取50Ω，C取1200 V/2µF的无感电容。

接触器只能同时接入100%档位和另一个档位，如果需要模拟不对称的故障，只能做某个单相或同一档位的两相跌落故障，并且不能实现相角跳变。故障发生器输出接阻性负载做了多组跌落实验，分别在不同相角下触发跌落，得到故障发生器输出端一相电压的波形见图4-7。

图4-7　电压跌落波形

从图4-7中可知，端口电压以阶跃的形式发生跌落，没有过多的暂态过程，符合实验要求。