隨著當今世界風電產業的迅猛發展,風電場裝機容量逐年上升,風力發電所占電網供電比例也升高。因此,必須考慮電網故障時風機的各種運行狀態對電網穩定性的影響[1]。在電網電壓跌落的情況下,風電機組中的雙饋感應發電機會導致轉子側過流和過壓[2-3]，同時轉子側電流的迅速增加會導致轉子勵磁變頻器直流側電壓升高,發電機勵磁變頻器的過電流以及有功和無功都會產生振蕩[4-5]。隨著風電并網規模的不斷增加, 越來越多的國家對風電并網電網制定了規則，要求風力發電系統具有較強的低電壓穿越（LVRT）能力[5-6]。

    近年來，對發電機系統在電網電壓跌落時的動態響應特性及相應控制策略的研究已取得了一些成果。參考文獻[6]考慮了故障下系統的動態響應，針對不同程度的電壓跌落情況進行了仿真，參考文獻[7]仿真并比較了3 種不同程度電網電壓跌落故障下系統的動態響應，但所選的這3種情況并沒有依據一定的LVRT 標準曲線。參考文獻[8]主要從Crowbar阻值的選取對保護控制的影響來研究。參考文獻[9]提出一種Crowbar電路并且進行仿真驗證。基于能源的需求，容量逐漸在增大，理論已經變為現實，但大多數技術都是由國外掌握。為了開發兆瓦級變頻器，本文對DFIG系統的雙PWM變流器控制策略進行設計，同時提出一種Crowbar裝置設計方案，并進行了仿真，然后裝機進行測量，實現了兆瓦級變頻器的真正國產化。
1 DFIG系統的結構
    圖1為帶有Crowbar電路的DFIG系統的結構。DFIG的定子與電網直接相連，轉子側變頻器由雙PWM變流器構成，連在轉子端的變換器稱為機側變換器，電網端的變換器稱為網側變換器。該電路的作用是在電網電壓跌落的瞬間投入運行，對轉子中產生的過電流提供一條旁路通道，防止過電流損壞變流器，然后Crowbar電路配合雙PWM變流器在故障期間運行。

 

4.2 仿真結果分析
    從圖3所示的仿真波形可以看出，當定子電壓在0.07 s發生跌落時，定子電流先增大后減小，并穩定在一個值，這主要由所產生的直流分量引起。由于定轉子磁鏈之間的耦合作用，定子的過電流同時造成了轉子的過電流。而電磁轉矩也有波動。直流側電壓在電壓跌落和電壓恢復時都因功率波動而產生振蕩。但定、轉子側電流除在電壓跌落時有振蕩外，其他時間都保持穩定，并且在跌落時響應的時間也非常快。轉矩和轉子端無功電流有關，轉矩和轉子端無功電流具有一致性。有功功率和無功功率僅在故障發生和恢復時發生振蕩，發電機在故障發生時向電網發出少量無功功率，在故障恢復時向電網吸收少量無功功率，而直流側電壓比較穩定，在電壓跌落時波動也很小，并且能使直流側電壓快速的穩定在1 200 V上。
5 電網LVRT故障不脫網運行的測量
    測量的變頻器功率是1.5 mV，正常電壓為690 V，正常電流為1 255 A，直流側額定電壓為1 200 V，頻率為50 Hz，額定轉速為1 755 r/min, 電壓跌落到60%，跌落時間180 ms，t=920 ms時電網電壓才完全恢復，瞬間短路電流小于2.5 iN。電壓瞬降同步時間小于280 ms；電壓恢復同步時間小于230 ms；出錯電流響應時間小于30 ms。測量得到的線電壓、線電流波形如圖4所示。

    圖4的電壓波形是電壓跌落到保留電壓的60%時的線電壓波形。跌落時，輸出電壓從600 V跌到360 V，跌落至原來電壓的60%左右。從這兩個波形可以看出，電壓跌落發生及恢復時，電壓在過零點銜接得很好，沒有出現電壓中斷、電壓尖峰等，跌落時間為130 ms。圖4所示的電流波形是電壓突降到保留電壓的60%的線電流波形。從兩圖可以看出，跌落發生時電流變大（這主要是為了維持功率平衡），但仍然基本維持和電壓同相，電壓恢復后，電流恢復正常，整個過程顯示雙閉環控制對系統有較好的控制效果。
    以歐洲的風電場LVRT 標準曲線為參考來研制兆瓦級雙饋系統。首先通過構建雙饋風力發電機仿真模型進行仿真,從仿真波形來分析理論的可行性。然后通過測量1.5 mW的變頻器，從測量結果可以看出，在電網電壓故障時能實現較好的低電壓穿越。本文的研究為研制更大一級變頻器提供了理論基礎和現實依據。
參考文獻
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