双馈风力发电机组是现在风电范畴的干流机型，在已装置的风力发电机中，70%以上都是双馈体系。对变流器而言，双馈体系的首要长处是只要部分功率流过变流器，且有功和无功用够独自调理。但是，正是因为变流器容量较小，使得它对电网毛病十分灵敏，需求采纳牢靠的维护措施，以避免变流器中功率器材的损坏。
如前所述，在电网电压下跌的过渡过程中，在双馈电机定子磁通中呈现了衰减的直流重量，当产生不对称下跌毛病时还会呈现负序重量。直流重量和负序重量对以较高转速作业的双馈电机转子而言都会构成较大的转差率，然后在双馈电机转子电路中感生出较大的转子电压和转子电流。转子电路中较高的暂态电流量和电压量对转子变流器中软弱的半导体变流器材的安全运转构成了要挟。
在风力发电没有构成规划的时分，风力发电机首要是从自我维护的视点来规划Crowbar电路，这一段时刻所选用的Crowbar电路多为被动式，即所谓的“晶闸管”Crowbar电路。当电网产生电压下跌时，其最一般的办法是经过可控硅直接将双馈电机短路，此刻双馈电机作为鼠笼式异步电机运转;当电网毛病消除时，双馈发电机定子侧脱网，可控硅关断，双馈电机从头并网运转。当选用被动式Crowbar时，双馈发电机在电网毛病的状况下一向以鼠笼式异步发电机的状况运转，需求从电网吸收很多的无功功率。自从2003年德国E.ON公司初次对风力发电提出并网要求以来，传统的风力发电机依据被动式Crowbar电路现已不能满意电力运转商对风力发电提出的新要求。为了满意电力运转商对风力发电的进一步要求，需求撬棒电路动作后能在恰当的时分断开，确保在风机不脱网的状况下转子变流器从头开端作业，所以呈现了新式的能够在恣意时刻堵截转子回路的“自动式Crowbar”维护电路。在自动式Crowbar维护电路中常配备有IGBT等可关断器材。
具体剖析了双馈风力发电机组在电压下跌期间作业特性的基础上，以1.5MW双馈为例，规划了Crowbar主电路及其操控电路，并在2MW实验渠道进步行了实验验证。
常见的几种自动式的Crowbar电路结构如图3-1所示。
图3-1(a)所示电路每个桥臂由操控器材如晶闸管和二极管串联组成。图3-1(b)所示电路每个桥臂由两只反并联可控硅组成，上述两种方法是经过操控晶闸管的导通投入Crowbar电路，运用晶闸管过零关断的特性切除。图3-1(c)和图3-1(d)选用IGBT作为开关器材，其间图3-1(c)每个桥臂选用一只IGBT操控旁路电阻的投切，选用的IGBT数量较多，本钱较高，图3-1(d)先经过二极管整流，再经过IGBT投切旁路电阻，仅运用一只IGBT即可，且二极管的过流才能极强，容量可挑选相对较小。从工程视点来说，本钱相对较低。本文挑选图3-1(d)的电路结构作为Crowbar主电路。
IGBT的挑选依据需求考虑的要素首要包括旁路电阻的巨细和Crowbar电路的作业时刻。
以1.5MW双馈体系为例，考虑最恶劣的状况，当电网下跌至0且风机体系满载运转时，此刻1.5MW的能量需求经过Crowbar中的旁路电阻消耗掉，因而能够得出电阻的巨细为R=690*690*1.732/1.5MW=0.549Ω，考虑电阻在高温时10%的温度漂移，实践挑选的电阻巨细为0.49Ω。
依据体系操控方法，Crowbar电路一般在电网下跌和康复的瞬间投入，其间电压下跌时的冲击最大，电压康复时可依据体系需求及选用的操控形式确认是否需求投入Crowbar。依据体系LVRT作业形式的规划，在电网电压下跌时，Crowbar的作业时刻一般为60-80ms。实践作业时刻由转子侧电流和电压确认。
在此段时刻内，IGBT一向坚持导通。
由上述电阻的巨细可得出IGBT作业时的最大电流，由Crowbar电路的作业时刻可确认IGBT的热容量。并结合IGBT的作业特性即可挑选IGBT的额外电流。IGBT的额外电压等级挑选与变流器主电路相同，为1700V。实践挑选的IGBT为1700V，2400A。
因为旁路电阻自身具有必定的自感，为了IGBT关断后给其供给续流回路，需求在旁路电阻两头并一个功率较小的二极管，二极管的具体参数由旁路电阻的ESL确认。
一起为了尽或许的下降IGBT开关回路的寄生电感，以减小IGBT关断电压尖峰，IGBT和整流二极管及旁路电阻的续流二极管需求就近放置。一起给IGBT规划吸收电路。
具体的Crowbar主电路图如图3-2所示。
3.3 crowbar操控电路规划
由前面剖析可知，当电压下跌时，双馈体系的表现为转子侧呈现过流和过压，因而将转子电流和电压作为Crowbar作业时判别的根本条件。经过检测转子电压，和基准值比较后，操控Crowbar电路中的IGBT的导通，经过判别Crowbar电路沟通电流，和基准值比较后，操控Crowbar电路中的IGBT的关断。具体的操控电路如图3-3所示。图3-3(a)为Crowbar单元操控电路结构，它包括Crowbar单元主电路，转子侧电压检测电路，Crowbar单元三相沟通电流检测单元。图3-3(b)为IGBT的驱动电路。它包括IGBT驱动及IGBT的维护电路，根本的作业原理如下：
3.3.1 Crowbar的投入
Crowbar投入的条件，即IGBT导通的条件为：检测到转子侧呈现过压。
运用Crowbar单元主电路中的三相二极管，将转子电压侧三相沟通电压变换为直流电压，经过恰当的滤波，检测这个直流电压，并和基准电压Vref1比较，正常状况下，比较器输出为低电平，当检测到该直流电压超越必定值后，比较器动作，输出高电平，经过IGBT的驱动电路触发IGBT导体。为了进步操控电路的抗干扰才能，避免误触发，选用差分电路对直流电压进行检测。
3.3.2 Crowbar的切除
Crowbar中的IGBT导通后，转子侧的电流悉数转移到Crowbar单元。悉数的压降都降落在旁路电阻上。直流电压的下降将导致其失掉对Crowbar的操控，而此刻转子侧的电流或许仍然会超越机侧变流器的接受规模，此刻需求经过判别Crowbar单元的三相沟通电流作为Crowbar是否需求持续作业的条件。本文选用电流互感器检测三相沟通电流，并和基准值Vref2比较。当电流高于必定值时，IGBT持续导通，当电流低于必定值后，比较器输出变为低电平，IGBT关断，Crowbar单元切除。
3.3.3 IGBT驱动电路
图3-3(b)为IGBT的驱动电路，本文挑选concept公司开发的、专用于大功率IGBT的驱动芯片2SD300C17作为中心驱动器，规划了外围电路，包括驱动器原边的输入信号处理、电源滤涉及副边的过压维护及过流维护电路。关于2SD300C17的具体介绍拜见本章附录1。 (1)驱动器原边电路规划 1) 驱动板供电电源规划
驱动板内部共需求15V和5V两路电源，15V为驱动器内核供给电源，5V为光纤头供给供电。其间15V供电由外部的24/15V电源模块供给，5V则由三端稳压器H7805经过15V转化取得，给光纤头供电。如图3-4所示，它包括了滤波电路和维护电路。
2)光纤信号接纳电路
为了进步体系抗干扰才能，驱动信号选用光纤传输。光纤输入信号是由图3-3(a)中产生的逻辑信号经过光纤转化器转化产生，经过光纤传输至驱动板。驱动板上规划了光信号接纳电路，如图3-5所示。
3)毛病信号处理
2SD300C17的SOX脚为毛病信号输出端，在正常作业时该脚为高电平，呈现毛病封闭时或供电欠压时呈高阻态，输出为低电平。图3-6为驱动板毛病信号处理电路，一方面经过LED显现毛病，另一方面经过光纤把毛病信号回来给柜体的主操控板。
(2)驱动器副边电路规划
驱动器副边电路如图3-7所示。它包括驱动信号处理电路、过流过压维护电路。
1)过流及短路维护电路
2SD300C17经过检测IGBT注册后Vce的电压来判别是否呈现过流或短路状况的，管子注册后，经过必定的呼应时刻芯片才开端检测vce的电压(该时刻由图3-7中R19和C26确认)，假如这个电压大于由Rth和Cth确认的动态基准电压Vth时，芯片便以为短路或过流毛病产生，封闭PWM输出，一起输出毛病FA信号。
2)有源箝位及软关断电路
当芯片检测到短路或过流而需求关断开关管时，较大的di/dt会在开关管两头产生较大的电压尖峰，然后或许会损坏开关管。为避免这种状况产生，2SD300C17芯片设置了软关断功用，如图3-7所示，R26即为软关断电阻，其效果是在检测到短路或过流而关断开关管时，内部输出电容反向充电，IGBT的输入电容Cies和米勒%&&&&&%Cres缓慢放电，减缓驱动的关断速度，然后减小开关管的电压尖峰。软关断不是在任何状况下都能够避免过电压，例如当短路时开关管的导通时刻小于检测呼应时刻，则软关断便不起效果。此刻该芯片经过电压箝位电路来确保开关管不会关断时电压尖峰而损坏。在上图中，经过设置适宜的Z4、Z5、Z7、Z8来确认电压尖峰的限值，当vce大于该值时，电流从C1端子经过R18流向门极，当该电流足够大时，会呈现二次注册的现象，终究意图仍是减小关断尖峰。
3.4 仿真与实验
3.4.1 驱动电路测验
(1)过压维护测验
图3-8为驱动电路过压维护动作波形，由图可见，在IGBT关断过程中呈现了较高的电压时，有源钳位电路动作，及门极驱动信号再次由低电平变为高电平，使IGBT导通，以下降过高的关断电压尖峰。 (2)短路测验
取Rth=12k，Cth=560pF，此刻短路呼应时刻在6us左右。图3-9为分别在Vdc=50V和Vdc=1100V时的短路波形(CH1为驱动波形，CH3为短路电流波形，CH4为Vce波形)。
从图中能够看出，短路产生5.72us后开关关断，软关断的效果使得驱动电压下降的缓慢，操控了关断时的电压尖峰。
3.4.2 体系实验
为了对上述问题的剖析进行验证，在1.5MW双馈实验台进步行了实验验证。实验成果如下：
实验成果表明，所规划的Crowbar在电压下跌期间反响快速，作业安稳，在对变流器完成较好的维护功用的一起，合作变流器体系完成了低电压穿越功用。
3.5 本章小结
本章具体剖析了双馈风力发电体系在电压下跌期间的作业特性，在此基础上规划了Crowbar单元的主电路及其驱动电路。并以1.5MW双馈为例，为体系具体的规划了硬件电路，进行了实验验证。实验成果表明，在低电压穿越期间，所规划的Crowbar电路动作及时，不仅对变流器完成了很好的维护功用，且合作变流器体系较好的完成了低电压穿越功用，满意现在国家电网关于风电接入电网的规则。
