隨著當(dāng)今世界風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,風(fēng)電場裝機(jī)容量逐年上升,風(fēng)力發(fā)電所占電網(wǎng)供電比例也升高。因此,必須考慮電網(wǎng)故障時(shí)風(fēng)機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響[1]。在電網(wǎng)電壓跌落的情況下,風(fēng)電機(jī)組中的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子側(cè)過流和過壓[2-3]，同時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)電流的迅速增加會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變頻器直流側(cè)電壓升高,發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變頻器的過電流以及有功和無功都會(huì)產(chǎn)生振蕩[4-5]。隨著風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模的不斷增加, 越來越多的國家對風(fēng)電并網(wǎng)電網(wǎng)制定了規(guī)則，要求風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有較強(qiáng)的低電壓穿越（LVRT）能力[5-6]。

    近年來，對發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及相應(yīng)控制策略的研究已取得了一些成果。參考文獻(xiàn)[6]考慮了故障下系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，針對不同程度的電壓跌落情況進(jìn)行了仿真，參考文獻(xiàn)[7]仿真并比較了3 種不同程度電網(wǎng)電壓跌落故障下系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，但所選的這3種情況并沒有依據(jù)一定的LVRT 標(biāo)準(zhǔn)曲線。參考文獻(xiàn)[8]主要從Crowbar阻值的選取對保護(hù)控制的影響來研究。參考文獻(xiàn)[9]提出一種Crowbar電路并且進(jìn)行仿真驗(yàn)證。基于能源的需求，容量逐漸在增大，理論已經(jīng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，但大多數(shù)技術(shù)都是由國外掌握。為了開發(fā)兆瓦級變頻器，本文對DFIG系統(tǒng)的雙PWM變流器控制策略進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)提出一種Crowbar裝置設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行了仿真，然后裝機(jī)進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)了兆瓦級變頻器的真正國產(chǎn)化。
1 DFIG系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
    圖1為帶有Crowbar電路的DFIG系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。DFIG的定子與電網(wǎng)直接相連，轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器由雙PWM變流器構(gòu)成，連在轉(zhuǎn)子端的變換器稱為機(jī)側(cè)變換器，電網(wǎng)端的變換器稱為網(wǎng)側(cè)變換器。該電路的作用是在電網(wǎng)電壓跌落的瞬間投入運(yùn)行，對轉(zhuǎn)子中產(chǎn)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(yùn)行。

 

4.2 仿真結(jié)果分析
    從圖3所示的仿真波形可以看出，當(dāng)定子電壓在0.07 s發(fā)生跌落時(shí)，定子電流先增大后減小，并穩(wěn)定在一個(gè)值，這主要由所產(chǎn)生的直流分量引起。由于定轉(zhuǎn)子磁鏈之間的耦合作用，定子的過電流同時(shí)造成了轉(zhuǎn)子的過電流。而電磁轉(zhuǎn)矩也有波動(dòng)。直流側(cè)電壓在電壓跌落和電壓恢復(fù)時(shí)都因功率波動(dòng)而產(chǎn)生振蕩。但定、轉(zhuǎn)子側(cè)電流除在電壓跌落時(shí)有振蕩外，其他時(shí)間都保持穩(wěn)定，并且在跌落時(shí)響應(yīng)的時(shí)間也非常快。轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子端無功電流有關(guān)，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)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(fā)生和恢復(fù)時(shí)發(fā)生振蕩，發(fā)電機(jī)在故障發(fā)生時(shí)向電網(wǎng)發(fā)出少量無功功率，在故障恢復(fù)時(shí)向電網(wǎng)吸收少量無功功率，而直流側(cè)電壓比較穩(wěn)定，在電壓跌落時(shí)波動(dòng)也很小，并且能使直流側(cè)電壓快速的穩(wěn)定在1 200 V上。
5 電網(wǎng)LVRT故障不脫網(wǎng)運(yùn)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(cè)額定電壓為1 200 V，頻率為50 Hz，額定轉(zhuǎn)速為1 755 r/min, 電壓跌落到60%，跌落時(shí)間180 ms，t=920 ms時(shí)電網(wǎng)電壓才完全恢復(fù)，瞬間短路電流小于2.5 iN。電壓瞬降同步時(shí)間小于280 ms；電壓恢復(fù)同步時(shí)間小于230 ms；出錯(cuò)電流響應(yīng)時(shí)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(shí)的線電壓波形。跌落時(shí)，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(gè)波形可以看出，電壓跌落發(fā)生及恢復(fù)時(shí)，電壓在過零點(diǎn)銜接得很好，沒有出現(xiàn)電壓中斷、電壓尖峰等，跌落時(shí)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(fā)生時(shí)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(fù)后，電流恢復(fù)正常，整個(gè)過程顯示雙閉環(huán)控制對系統(tǒng)有較好的控制效果。
    以歐洲的風(fēng)電場LVRT 標(biāo)準(zhǔn)曲線為參考來研制兆瓦級雙饋系統(tǒng)。首先通過構(gòu)建雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)仿真模型進(jìn)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(jié)果可以看出，在電網(wǎng)電壓故障時(shí)能實(shí)現(xiàn)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(chǔ)和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。
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