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双馈风力发电机组变桨距控制及低电压穿越技术要点郑超(湖北能源集团新能源发展有限公司 湖北利川 445400)摘要： 由于近年来我国的经济发展速度非常迅速，随之而来的能源问题也变得越来越重要，作为当今人类社会生存和发展当中所存在的主要问题，能源缺乏已经成为了人们所亟待解决的一个重要发展缺陷，通过开发和利用可再生资源，可以在一定程度上缓解人类的能源压力，而开发和利用可再生资源也是当前世界各国开展可持续发展战略的重要方式。
风力发电作为可再生资源当中的一种，由于其自身清洁能源的特点，不仅能够节约不可再生资源，而且也可以降低对周围环境的污染，风力发电系统的效率也非常高，而且功率速度也非常大，通过对双馈风力发电机组控制技术以及风能开发的进一步研究，可以推动我国后续的能源发展。
关键词： 双馈风力发电机组 变桨距控制 低电压穿越 技术要点中图分类号： TM315文献标识码： A文章编号： 1672-3791(2023)10-0043-04Key Points of Variable Pitch Control and Low Voltage Ridethrough of Doubly-fed Induction GeneratorsZHENG Chao(Hubei Energy Group New Energy Development Co., Ltd., Lichuan, Hubei Province, 445400 China)Abstract: Since China's economic development speed has been very fast in recent years, and consequent energy problems have become more and more important. As the main problem in survival and development of human so‐ciety today, energy shortage has become an important development defect that needs to be solved urgently by people. Through the development and utilization of renewable resources, the energy pressure of human can be alle‐viated to a certain extent, and the development and utilization of renewable resources is also an important way for countries around the world to carry out sustainable development strategies. As a kind of renewable resources, wind power can not only save non-renewable resources, but also reduce the pollution to the surrounding environment because of its own characteristics of clean energy. The efficiency of the wind power generation system is very high, and power speed is also very fast. Through further research on the control technology for doubly-fed induction generators and the development of wind energy, China's subsequent energy development can be promoted.Key Words: Doubly-fed induction generator; Variable pitch control; Low voltage ride through; Technical points由于风能自身的随机性和突发性，所以在针对风能的开发利用过程中，需要加强对于发电机组的重视程度，因为风能作为一种不确定因素能源，对于风力发电机组在执行变桨距的控制过程中会造成一定的不良影响，所以通过加强对于变桨距控制器的深入了解，可以进一步保证整个风力发电系统稳定输出，并且保持风力发电的正常运行。
浅析双馈式风力发电机低电压穿越技术双馈式风力发电机是一种常见的风力发电机类型，其具有低启动转矩、高风能利用率和良好的可调谐性等特点，因此在风力发电行业中得到了广泛的应用。
双馈式风力发电机在发电过程中可能会遇到低电压穿越的问题，这种情况在风力发电系统中并不少见，因此针对双馈式风力发电机低电压穿越技术的研究和分析具有重要的意义。
双馈式风力发电机低电压穿越技术主要是指当风速下降，风力发电机所受的风能也会减小，导致风力发电机输出电压下降，当输出电压降至一定水平以下时，会影响风力发电机的正常运行，甚至会导致系统的停机。
研究双馈式风力发电机在低电压工况下的性能和运行特性对于提高风力发电系统的可靠性和稳定性具有重要的意义。
双馈式风力发电机低电压穿越技术涉及到的主要问题是风力发电机的控制策略和控制逻辑。
在低电压工况下，风力发电机需要根据实际情况采取相应的控制策略，以保证风力发电机的正常运行并最大限度地利用风能。
一种常见的控制策略是采用双馈风力发电机转子侧变流器的控制方式，即通过调节转子侧变流器的参数来调整转子的功率因数，以保证风力发电机在低电压工况下仍能保持较高的输出功率和效率。
双馈式风力发电机低电压穿越技术还涉及到风力发电机的电气保护和安全控制。
在低电压工况下，风力发电机容易发生电气故障和过载现象，因此需要采取相应的电气保护措施来保护风力发电机的安全运行。
还需要针对低电压穿越情况制定相应的安全控制策略，以避免因电压过低导致的系统故障和停机情况。
针对双馈式风力发电机低电压穿越技术的研究还需要对其性能进行分析和评估。
通过对双馈式风力发电机在低电压工况下的功率特性、效率特性和稳定性进行分析和评估，可以为风力发电系统的设计和运行提供重要的参考依据。
还可以通过对双馈式风力发电机在低电压工况下的性能进行模拟和仿真研究，来验证控制策略和电气保护措施的有效性和可靠性。
双馈式风力发电机低电压穿越技术是风力发电领域的重要研究方向，其研究对于提高风力发电系统的可靠性和稳定性具有重要的意义。
浅析双馈式风力发电机低电压穿越技术一、双馈式风力发电机简介双馈式风力发电机是一种能有效调节转子速度的风力发电机，其主要特点是在转子绕组中引入了一个次级电流，较大地提高了发电机的转矩与功率因数，从而提高了风力发电机的整体性能。
与传统的固定式风力发电机相比，双馈式风力发电机有着更高的风能利用效率和更好的低电压穿越能力。
其工作原理主要是通过定子绕组的多级变压器和双馈路，使得风力发电机能够在较低的电网电压下继续运行，从而提高了风电的可靠性和稳定性。
1. 低电压穿越现象在一些特殊情况下，比如电网故障或者风速急剧下降等情况下，风力发电系统所接入的电网电压可能急剧下降，甚至出现短暂的停电情况。
针对这种情况，传统的固定式风力发电机可能因为电网电压下降而无法继续正常运行，甚至发生机组停机。
而双馈式风力发电机则能够通过其特有的双馈路和多级变压器的设计，使得发电机能够在较低的电网电压下继续运行，从而避免了由于电网电压下降而引起的停机现象，提高了风力发电系统的可靠性。
双馈式风力发电机低电压穿越技术的主要原理是通过其次级电流的调节，使得风力发电机能够在电网电压下降的情况下，自动地调节转子速度和输出功率，以保证发电机的安全稳定运行。
具体来说，当电网电压下降时，通过次级电流的调节，可以在一定程度上提高转子的磁场励磁，从而提高发电机的输出功率，使得风力发电系统在低电压情况下仍能够继续正常运行。
双馈式风力发电机低电压穿越技术具有以下几点优势：（1）提高了风力发电系统的可靠性和稳定性。
在电网电压下降的情况下，双馈式风力发电机可以通过调节次级电流和转矩，使得发电机能够在较低的电网电压下继续运行，避免了由于电网电压下降而引起的停机现象，提高了风力发电系统的可靠性。
（2）提高了风能的利用效率。
通过低电压穿越技术，双馈式风力发电机可以在较低的电网电压下继续正常运行，保证了风能的稳定利用，提高了风力发电系统的整体性能。
（3）降低了对电网的影响。
浅析双馈式风力发电机低电压穿越技术双馈式风力发电机在风电场中使用越来越广泛，具有功率大、转速调节范围宽广、响应迅速等优点，但在低电压条件下运行时，容易出现穿越现象，严重影响了风电场的稳定运行。
因此，针对双馈式风力发电机的低电压穿越问题，人们提出了许多解决方案，其中较为常见的有功率控制策略、双馈式风力发电机容量调整策略、控制双馈式风力发电机的电动机及逆变器等。
功率控制策略是一种经济、简单的方法，通过调整风力发电机的输出功率实现防止低电压穿越现象。
具体方法是当电网电压下降时，风力发电机通过控制转子的转速，降低输出功率，从而防止其穿越。
然而，在实际应用中，这种方法存在着一定的缺陷，容易造成浪费风能现象，降低风电场的发电效率。
双馈式风力发电机容量调整策略是一种改进的方法，其思路是调整双馈式风力发电机的容量，提高其在低电压条件下的适应性，从而避免低电压穿越问题的出现。
这种方法比较灵活，容易操作，无需改变发电机的结构，但是实现上需要配备相应的控制器以及一定的调试成本。
另外，这种方法不能完全避免低电压穿越现象的出现，因此还需要配合其他控制策略的使用。
控制双馈式风力发电机的电动机及逆变器是一种相对较为复杂的方法，其思路是通过调整电动机及逆变器的控制方式，实现对发电机输出电流的调节，从而防止低电压穿越现象的发生。
这种方法虽然实现难度较大，但具有较高的控制精度和稳定性，可适用于各种不同类型的风力发电机。
同时，由于其控制精度高，可以有效防止风电场的系统失稳问题。
总之，解决双馈式风力发电机低电压穿越问题是一个复杂而又关键的技术问题，需要在实际应用中不断进行探索和实践。
各种控制策略的使用可以相互补充、协同作用，提高风电场的运行效率和稳定性，实现可持续发展。
中国科技期刊数据库 工业C2015年39期 179浅谈双馈风力发电系统中低电压穿越问题曹春芳华电重工股份有限公司，北京 100070摘要：能源危机和环境污染，加大了人类对可再生能源的需求，近年来风力发电技术作为主流新能源之一获得了突飞猛进的发展。
随着风电机组容量的日益增大以及风电渗透率的不断提高，风电与电网之间的相互影响引起了广泛的重视。
DFIG 作为当前两大主流机型之一，因其结构原因在电网电压出现跌落故障时，会出现转子过电流和过电压、直流母线电压波动等问题，严重时风机的解列还可能造成电网的大面积瘫痪。
因此，电网故障条件下保证双馈风电机组的不脱网运行成为新的研究热点。
本文以电网电压跌落条件下的双馈风电系统为研究对象，设计了外接保护装置和优化DFIG 励磁策略的低电压穿越方案。
关键词：双馈风电机组；低电压；研究热点 中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)39-0179-01近年来，世界加快开发利用风能、光伏、地热能等可再生能源，大力调整能源结构主攻方向。
开发和利用新型可再生能源，优化能源的产业结构，促进经济低碳化发展，已成为世界范围内可持续发展的必要手段。
目前风电已成为市场主流能源，作为电力市场中重要的组成部分，并且被越来越多的国家所共识。
为促进电力产业的可持续发展，风能作为新能源发展战略的主要内容，我国大力扶植风电行业，促使其在市场经济中继续保持稳健发展。
风力发电技术的日趋成熟，大规模风机并网的投入运行，风能在今后的全球能源供应中将起到越来越关键的作用。
1 风力发电现状及趋势我国的地形独特，风能占有率高，拥有比较丰富的风能资源。
仅10米高度层的风能储量就可达到3226兆瓦，其中大约有7.8％的风能可被陆地开采；再算上沿海地区的风能，我国在陆地上可以利用的风能总量可达到 1000 兆瓦。
但从地理位置上看，我国的风能分布非常不均，集中分布在华北、东北、西北地区，和东南沿海及附近岛屿，还有一些地形比较特殊的内陆地区。
双馈感应式风力发电系统低电压穿越技术概述马春明;解大;张延迟【摘要】As wind power generation increases the proportion of electric power system,higher request is put forward for wind turbine connected to the grid, and the low voltage ride through(LVRT) technology comes along. Dynamic analysis of doubly-fed wind power turbine during voltage sag was discussed,and the control of doubly-fed wind power turbine under unbalanced voltage sag was discussed, important and difficult points of the low voltage ride through(LVRT) technology were also discussed. Research and manufacture of voltage sag generation was introduced at the same time. The double-fed wind turbine LVRT research will focus on negative sequence variable control under unbalanced voltagedrop,Crowbar circuit control, wind turbine LVRT testing and certification system,etc.%随着风力发电在电网中所占比例的增加,电力系统对风机并网提出了更高的要求,低电压穿越技术应运而生.对电压跌落时双馈风电机进行动态分析,研究非平衡电压跌落下双馈风电机的控制,论述LVRT技术的重点与难点,介绍电压跌落发生器的研制情况.非平衡电压跌落下负序变量控制,Crowbar电路控制,风电机组LVRT检测认证体系等势必成为未来双馈风电机LVRT的研究热点.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2012(042)005【总页数】6页(P3-7,32)【关键词】双馈感应式发电机;低电压穿越;电网故障【作者】马春明;解大;张延迟【作者单位】上海交通大学国家能源智能电网(上海)研发中心,上海200240;上海交通大学国家能源智能电网(上海)研发中心,上海200240;上海电机学院电气工程系,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TM6141 引言风能作为一种可再生能源，相对于核能、煤炭具有诸如安全可靠、运行维护成本低等优点，受到各国学者的广泛关注和重视。
几种双馈式变速恒频风电机组低电压穿越技术对比分析2008/7/23/11:24 来源：《变频器世界》作者：臧晓笛1 引言并网风力发电是近十年来国际上发展速度最快的可再生能源技术。
并网风力发电机与传统的并网发电设备最大的区别在于，其在电网故障期间并不能维持电网的电压和频率，这对电力系统的稳定性非常不利。
电网故障是电网的一种非正常运行形式，主要有输电线路短路或断路，如三相对地，单相对地以及线间短路或断路等，它们会引起电网电压幅值的剧烈变化。
双馈式变速恒频风电机组是目前国内外风电机组的主流机型，其发电设备为双馈感应发电机，当出现电网故障时，现有的保护原则是将双馈感应发电机立即从电网中脱网以确保机组的安全。
随着风电机组单机容量的不断增大和风电场规模的不断扩大，风电机组与电网间的相互影响已日趋严重。
人们越来越担心，一旦电网发生故障迫使大面积风电机组因自身保护而脱网的话，将严重影响电力系统的运行稳定性。
因此，随着接入电网的双馈感应发电机容量的不断增加，电网对其要求越来越高，通常情况下要求发电机组在电网故障出现电压跌落的情况下不脱网运行（faultride-through），并在故障切除后能尽快帮助电力系统恢复稳定运行，也就是说，要求风电机组具有一定低电压穿越(lowvoltageride-through)能力。
为此，国际上已有一些新的电网运行规则被提出。
例如：德国北部的电力公司(e.onnetz公司)要求风电场能够在图1所示的电压范围内(即图中阴影区)不脱网运行[1][33]，电网电压跌落到15%以后风电机组不脱网运行时间须持续达300ms，当电网电压跌落低于曲线后才允许风电机组脱网。
这里电压指的是风电场连接点的电压。
而为英国部分地区供电的nationalgrid电力公司则要求当高于200kv的输电线路发生故障时，所有并网运行的电站或风电场必须在140ms内保持不脱网运行[2]。
另外苏格兰电力公司(scottishhydro-electric公司)对电网故障时电站或风电场不脱网运行也有类似的要求[3]。
图1e.onnetz公司对电网故障时风电场不脱网运行的电压范围要求[33]为了提高风电机组的低电压穿越能力，必须针对当前主流风电机组中的双馈感应发电机的运行特点进行研究，研究它们在电网故障与故障恢复过程中的暂态行为，消除或减轻在不离网控制情况下可能引起的机组损害。
许多文献[4-7]报道了在电网电压跌落情况下，风电机组中的双馈感应发电机会导致转子侧过流，同时转子侧电流的迅速增加会导致转子励磁变流器直流侧电压升高，发电机励磁变流器的电流以及有功和无功都会产生振荡。
这是因为双馈感应发电机在电网电压瞬间跌落的情况下，定子磁链不能跟随定子端电压突变，从而会产生直流分量，由于积分量的减小，定子磁链几乎不发生变化，而转子继续旋转，会产生较大的滑差，这样便会引起转子绕组的过压、过流。
如果电网出现的是不对称故障的话，会使转子过压与过流的现象更加严重，因为在定子电压中含有负序分量，而负序分量可以产生很高的滑差。
过流会损坏转子励磁变流器，而过压会使发电机的转子绕组绝缘击穿。
为了保护发电机励磁变流器，采用过压、过流保护措施势在必行。
为了保证电网故障时双馈感应发电机及其励磁变流器能安全不脱网运行，适应新电网运行规则的要求，国内外学术界和工程界对电网故障时双馈感应发电机的保护原理与控制策略进行了大量研究。
据文献的报道，当前的低电压穿越技术一般有三种方案：一种是采用了转子短路保护技术（crowbarprotection），二种是引入新型拓扑结构，三是采用合理的励磁控制算法。
下面逐一分析介绍。
2 转子短路保护技术这是目前一些风电制造商采用得较多的方法，其在发电机转子侧装有crowbar电路，为转子侧电路提供旁路，在检测到电网系统故障出现电压跌落时，闭锁双馈感应发电机励磁变流器，同时投入转子回路的旁路（释能电阻）保护装置,达到限制通过励磁变流器的电流和转子绕组过电压的作用，以此来维持发电机不脱网运行（此时双馈感应发电机按感应电动机方式运行）。
目前比较典型的crowbar电路有如下几种：(1)混合桥型crowbar电路[9]，如图2所示，每个桥臂由控制器件和二极管串联而成。
图2混合桥型crowbar(2)igbt型crowbar电路[9]，如图3所示，每个桥臂由两个二极管串联，直流侧串入一个igbt器件和一个吸收电阻。
图3igbt型crowbar(3)带有旁路电阻的crowbar电路[10]，如图4所示，出现电网电压跌落时，通过功率开关器件将旁路电阻连接到转子回路中，这就为电网故障期间所产生的大电流提供了一个旁路，从而达到限制大电流，保护励磁变流器的作用.图4旁路电阻型crowbar励磁变流器在电网故障期间，与电网和转子绕组一直保持连接，因而在故障期间和故障切除期间，双馈感应发电机都能与电网一起同步运行。
当电网故障消除时，关断功率开关，便可将旁路电阻切除，双馈感应发电机转入正常运行。
采用crowbar电路的转子短路保护技术存在这样一些缺点：1、首先，需要增加新的保护装置从而增加了系统成本；2、另外，电网故障时，虽然励磁变流器和转子绕组得到了保护，但此时按感应电动机方式运行的机组将从系统中吸收大量的无功功率，这将导致电网电压稳定性的进一步恶化；3、而且传统的crowbar保护电路的投切操作会对系统产生暂态冲击。
文献[1]提出了改进方案，该方案与传统方案的区别在于：在转子短路保护电阻切除后，将转子电流控制指令设定为该时刻转子电流的实际值，从而防止由于转子电流控制器指令电流与实际电流不等而引起的暂态冲击。
然后通过逐渐改变转子电流指令，实现转子电流控制器的软起动。
在转子电流控制器的作用下发电机将逐步恢复到正常运行。
这缓解了crowbar保护电路的投切操作对系统产生的暂态冲击，在一定程度上缩短了发电机低电压穿越的过渡时间。
但该文献仅限于研究对称故障发电机不脱网运行，未讨论电网故障运行初始条件对不脱网运行效果的影响。
3 引入新型拓扑结构除了上述典型crowbar技术的应用外，一些文献还提出了一些新型低压旁路系统，如图5、图6所示。
图5新型旁路系统图6a)并联连接网侧变流器图6b)串联连接网侧变流器3.1新型旁路系统[11-13]如图5所示，这种结构与传统的软启动装置类似，在双馈感应发电机定子侧与电网间串联反并可控硅电路。
在正常运行时，这些可控硅全部导通，在电网电压跌落与恢复期间，转子侧可能出现的最大电流随电压跌落的幅度的增大而增大，为了承受电网故障电压大跌落所引起的的转子侧大电流冲击，转子侧励磁变流器选用电流等级较高的大功率igbt器件，这样来保证变流器在电网故障时不与转子绕组断开时的安全。
电网电压跌落再恢复时，转子侧最大电流可能会达到电压跌落前的几倍。
因此，当电网电压跌落严重时，为了避免电压回升时系统在转子侧所产生的大电流，在电压回升以前，将双馈感应发电机通过反并可控硅电路与电网脱网。
脱网以后，转子励磁变流器重新励磁双馈感应发电机，电压一旦回升到允许的范围之内，双馈感应发电机便能迅速地与电网达到同步。
再通过开通反并可控硅电路使定子与电网连接。
这样可以减小对igbt耐压、耐流的要求。
对于短时间内能够接受大电流的igbt模块，可以减少双馈感应发电机的脱网运行时间。
转子侧大功率馈入直流侧会导致直流侧电容电压的升高，而直流侧的耐压等级依赖于直流侧电容的大小，因此直流侧设计crowbar电路，在直流侧安装电阻来作吸收电路，将直流侧电压限制在允许范围内。
这种方式的不足之处是：该方案需要增加系统的成本和控制的复杂性。
考虑到定子故障电流中的直流分量，需要可控硅器件能通过门极关断，这要求很大的门极负驱动电流，驱动电路太复杂。
这里的可控硅串联电路如果采用穿透型igbt的话，igbt必须串联二极管。
而采用非穿透型igbt 的话，通态损耗会很大。
理论上，如果利用接触器来代替可控硅开关的话，虽通态时无损耗，但断开动作时间太长。
而且由于该方案在输电系统故障时发电机脱网运行，因此对电网恢复正常运行起不到积极的支持作用。
3.2串联连接变流器通常双馈感应发电机的背靠背式励磁变流器采用如图6a)所示的与电网并联方式[13-16]，这意味着励磁变流器能向电网注入或吸收电流。
为了提高系统的低电压穿越能力，文献[17]提到了一种新的连接方式，即将变流器与电网进行串联连接，比如，变流器通过发电机定子端的串联变压器实现与电网串联连接，则双馈感应发电机定子端的电压为网侧电压和变流器输出的电压之和。
这样便可以通过控制变流器的电压来控制定子磁链，有效的抑制由于电网电压跌落所造成的磁链振荡，从而阻止转子侧大电流的产生，减小系统受电网扰动的影响，达到强化电网的目的。
但这种方式将增加系统许多成本，控制也比较复杂。
4 采用新的励磁控制策略从制造成本的角度出发，最佳的办法是不改变系统硬件结构，而是通过修改控制策略来达到相同的低电压穿越效果：在电网故障时，使发电机能安全度越故障，同时变流器继续维持在安全工作状态。
文献[18]利用数值仿真的方法对电网三相对称故障时发电机不脱网运行的励磁控制进行了研究。
研究结果表明，通过适当提高现有双馈感应发电机励磁控制器中pi调节器的比例和积分系数，能够在一定范围内维持电网故障时发电机不脱网运行。
然而该文献未对故障时发电机不脱网运行的范围进行详细地研究计算。
该文献提出的方法仅适用于系统对称三相故障引起发电机母线电压轻微下降时保持发电机不脱网运行，当故障引起发电机母线电压严重下降时，励磁变流器将出现过电压和过电流。
文献[19]则利用硬性负反馈的方式补偿发电机定子电压和磁链变化对有功、无功解耦控制性能的影响，该方案能够在一定程度上提高双馈感应发电机在输电系统故障时的运行特性，并能够在一定范围内限制发电机转子电流，保护转子励磁变流器。
但该方案对转子电流的有效控制是在提高转子电压的前提下实现的，考虑到转子侧励磁变流器输出最大电压的限制，该方案仅适用于输电系统故障引起发电机电压轻度骤降的场合，对于引起发电机定子电压严重骤降的电网故障，该方案会由于转子侧励磁变流器无法提供足够高的励磁电压而失去对转子电流的控制。
另外，文献[20]还建议充分利用发电机电网侧变流器在电网故障过程中对电网电压的支持作用，通过协调转子和电网侧变流器的控制提高电网故障时发电机不脱网运行的控制效果。
文献[27-32]提出了一种灭磁保护原理。
在理解电网短路故障时发电机的暂态物理过程的基础上，提出了电网短路故障时双馈感应发电机不脱网运行的励磁控制策略。
为保证故障期间双馈感应发电机励磁变频器安全运行，新的励磁控制策略针对故障过程中发电机内部电磁变量的暂态特点，控制发电机转子电流产生的磁链(故障暂态时该磁通只通过漏磁路径，是漏磁链)以抵消定子磁链中的“有害”暂态直流分量对转子侧的影响。
