引言

 

双馈风力发电机（DFIG）系统的功率变换器通过集电环和电刷连接到发电机的转子电路，只改变发电机的转差功率。因此，变流器的额定功率仅为发电机额定容量的三分之一左右，这是双馈风力发电机的优点；此外，双馈风力发电系统还可以通过矢量控制解耦发电机输出的有功功率和无功功率，使系统在单位功率因数下运行，减少系统损耗。但由于双馈风力发电系统变流器容量小，对电网故障相当敏感，对电网故障的抵抗力比全功率直接驱动风力发电系统差。研究表明，当电网电压下降到一定值时，如果不采取任何措施，DFIG风力发电系统将从电网中解列。这对于风力发电所占比例较低的电力系统是可以接受的。然而，对于风电渗透率高的电力系统，会造成电网电压和频率的控制问题。更严重的是，它会使系统崩溃。.

 

1双馈风电机组的基本结构和工作原理

 

随着双馈风电系统在风电场的实际选择中更受欢迎，由于场合不同，需求也不同，双馈风电系统的并网拓扑结构变得多样化。市场上的主要形式包括通信直接并网和使用额外的全控变流器并网。本节主要介绍了双馈风力发电机组的典型拓扑结构框图。电气部件主要包括双馈电机、变流器、变压器、Choppe：保护电路和并网主接触器等。双馈电机主要连接机组的机械部分和电气部分，其功能是将机械能转化为电能。机组的定子绕组直接与电网连接，只能将风扇发出的功率单向输入电网。转子绕组不同，功率流动双向，系统的实际工况决定了功率的流动方向。在发电机不同步状态下，变流器相当于负载从电网中汲取电能，发电机定子将电能输送到电网；在发电机超同步状态下，变流器相当于发电端与发电机定子一起向电网输送电能。由于发电机的固定和转子都参与了馈电，因此被称为双馈风力发电机组。双PWM变换器系统通过两个相同的变流器交替完成机组的整流和逆变器。由于位置不同，两个变流器的名称也不同。机组转子绕组测量称为转子侧变流器(RotorSideConverter,RSC)，电网侧称为网侧变换器(GridSideConverter,GSC)。两个变流器共用同一直流母线。RSC主要通过转子绕组励磁调节来改变励磁电流的频率、幅值和相位。调整频率，实现机组恒频运行；调整振幅值可改变机组输出的有功功率；改变相位，即改变感应电势矢量和电网电压矢量的夹角，从而改变无功功率。有功功率和无功功率可以通过变频器的矢量控制顺利解决，从而更方便地调整机组的最大输出功率。GSC主要为GSC提供稳定的直流母线电压，达到并网标准；同时，调整网侧无功功率，为机组提供一定的无功支撑能力。变换器容量仅为机组额定容量的20%-30%。这种特殊的拓扑结构不能有效隔离DFIG与电网的连接，转子侧变换器只能部分控制双馈风电机组，导致DFIG对电网电压干扰特别敏感，难以实现故障通过。随着风电并网容量的不断增加，风电机组安全稳定运行对系统的影响也不容忽视。因此，有必要对增加硬件电路和优化控制策略进行深入研究，以提高双馈发电系统的故障穿越能力。

 

双馈风力发电机故障穿越关键技术综述

 

2.1电网故障期间DFIG控制系统

 

在正常运行模式下，转子侧变流器控制转子的电流和发电机的转速，解耦电网的有功和无功功率。但是，无论转子功率的大小和方向如何，GSC都必须保持直流母线电压恒定，以确保变流器在单位功率因数（零无功功率）下运行。转子侧变流器RSC和网络侧变流器GSC的控制采用两级控制器，第一级控制采用电流控制器，第二级控制采用功率控制器，第二级控制器的输出为第一级控制器提供转子电流参考值，在DFIG正常运行控制结构的基础上扩展电网故障期间的DFIG控制。二级功率控制器中有功和无功功率参考值的设置取决于风电机组的运行状态，即在正常工作模式或故障运行模式下运行.

 

2.2改进直流卸载电路低压穿越控制策略

 

双馈风机在故障条件下的保护措施受到学者和制造商的广泛关注，其中低压穿越问题一直是一个热门话题。目前，工程实践中应用最广泛的低压穿越方法主要是投入撬棍电路和DC卸载电路。撬棍电路的研究有许多优化和变种，如主动和被动撬棍电路，采用不同的投资时间和分级投资。DC卸载电路是一种结构简单、工程应用方便、成本低的硬件电路。DC卸载电路的改进和研究相对较少，控制方法相对固定，但其他形式的硬件电路也有许多类似的硬件电路。

 

2.3超级电容器容量配置

 

在高电压穿越过程中，超级电容器的容量配置是一个重要的方面。由于超级电容器成本高，容量过大会导致投资成本高，容量过小，可能无法满足机组的高电压穿越要求。目前，我国高电压穿越要求风电机组在电网电压升至1.3pu时，仍不能脱网运行looms。当电网电压升至1.2spu时，is不能脱网，当电网电压升至1.2pu时，loos仍不能脱网。因此，超级电容器在高电压穿越过程中整体时间较短。超级电容器的选择主要考虑短功率支撑能力，对其储能能力要求相对较低。超级电容器可以根据功率选择。

 

结语

 

本文研究了双馈异步风力发电机组的频率穿越(电网故障后的频率调节)和低压穿越，利用双馈异步风力发电机组进行了研究ＤＩｇＳＩ－ＬＥＮＴ／ＰｏｗｅｒＦａｃｔｏｒｙ软件模拟了电网短路故障引起的电网电压下降过程和频率下降过程，验证了电网故障引起的复合频率控制策略具有更好的频率稳定控制性能和主动性Ｃｒｏｗｂａｒ电路可以使ＤＦＩＧ在电网故障期间连续运行并支持功率的作用。复合频率控制策略是基于风力发电机组本身的控制策略，只需要优化控制策略，不需要添加外部硬件电路，节省成本，具有良好的工程实际应用前景；主动Ｃｒｏｗｂａｒ电路，在原来的被动式Ｃｒｏｗｂａｒ在电路的基础上添加ＩＧＢＴ设备，易于实现。但是，随着风力发电机组并网容量的快速增加，电力系统对风力发电机组的频率调节响应速度也有了更高的要求。如何使ＤＦＩＧ快速响应电网频率偏移，实现无差调节。同时，使ＤＦＩＧ下一步需要研究的重点是在电网故障期间向电网输送有功。