4.2　故障跌落裝置實驗

為了模擬電網短路故障，在風力發電系統和電網之間串聯一臺電壓故障發生器。故障發生器的主體部分由一臺額定容量20kVA的抽頭變壓器、三相接觸器和IGBTs組成，其主電路結構見圖4-5。

圖4-5　故障發生器原理

故障發生器實物圖見圖4-6，抽頭變壓器的原、副邊為Δ/Y型接線，原邊接電網電壓，副邊自耦繞組的抽頭分為0%、20%、50%、80%、100%、120%等6個檔位。副邊的抽頭連接三相接觸器，除100%檔位外，其他檔位的接觸器輸出端并聯。模擬跌落前，先通過開合不同的接觸器選定故障類型，然后通過按鈕控制IGBTs的通斷實現抽頭間的切換，從而形成電壓的降落過程，模擬電網電壓跌落。

圖4-6　故障發生裝置

該裝置的關鍵是IGBTs的切換過程，包括切換的邏輯和緩沖電路。為了避免切換線路時產生的電壓尖峰，100%檔位和跌落后的檔位存在2 μs的疊加導通區域，并且在IGBTs的集電極和發射極之間加RC緩沖電路。緩沖電路既要在關斷時迅速吸收電壓尖峰，導通電流又不能在導通時過大。前者要求電阻小、電容大，后者要求電阻大、電容小。R取50Ω，C取1200 V/2μF的無感電容。

接觸器只能同時接入100%檔位和另一個檔位，如果需要模擬不對稱的故障，只能做某個單相或同一檔位的兩相跌落故障，并且不能實現相角跳變。故障發生器輸出接阻性負載做了多組跌落實驗，分別在不同相角下觸發跌落，得到故障發生器輸出端一相電壓的波形見圖4-7。

圖4-7　電壓跌落波形

從圖4-7中可知，端口電壓以階躍的形式發生跌落，沒有過多的暫態過程，符合實驗要求。