双馈风力发电机低电压穿越控制策略及仿真

1引言

一般由于DFIG风电机组在电网中所占比例较小，当电网发生故障时为保证电网电压稳定，通常采取直接切除风电机组的策略，而随着DFIG风电机组装机容量在电力系统中的比例不断增大，当电网电压骤降时，若将其从电网中直接解列将导致电网潮流的剧烈波动，甚至引起大面积的停电等问题，这些都严重影响电力系统的稳定以及电网的恢复[1]针对DFIG实现低电压穿越所要控制的目标和规范要求，各国专家学者在大量的文献中提出了一系列不尽相同的技术方法。目前最主要的有两种实现策略：一种是对变频器的控制方法进行改进[2]；另一种是加装硬件保护电路改变DFIG的拓扑结构[3]。前一种适用于电网跌落不明显的情况，后一种则适用于大电网跌落，两种方法都有各自的应用范围和优缺点，因此使用时应合理取舍，针对电网电压跌落较小的情况，本文采用定子磁链定向控制(SFO)策略。

2DFIG数学模型

图1双馈感应风力发电机系统结构

如图1所示，DFIG系统主要由风轮、变速齿轮箱、双馈式发电机、双PWM变频器、直流侧电容及变压器等部分构成。图中DFIG定子侧通过变压器直接并入电网，转子侧接到对转子电流频率、相位、幅值都可调的双PWM变频器上，采用双向可逆专用变频器实现了励磁及转差功率的双向流动。此外网侧PWM能够保持直流母线电压稳定，转子侧PWM可间接对定子侧有功和无功功率进行控制[4][5]。然而这种结构也导致DFIG对电网电压的扰动相当敏感,变频器容量小也使其对电网故障的应对能力较弱，所以当电压跌落较小时为克服DFIG的缺点需要采用相应的控制策略。

通过DFIG在两相任意速旋转d-p坐标下的电压和磁链方程，以定子坐标轴为参考系，根据坐标变换原理，可推导出同步速旋转d-p坐标下DFIG定、转子电压及磁链的矢量方程（按电动机惯例）为：