电网对称故障时双馈感应发电机低电压穿越控制

专利名称：电网短路故障时的双馈感应风力发电机低电压穿越控制方法
专利类型：发明专利
发明人：姚骏,向大为,廖勇,刘刃
申请号：CN200810232909.4
申请日：20081022
公开号：CN101383580A
公开日：
20090311
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种电网短路故障时的双馈感应风力发电机低电压穿越控制方法，其特征在于，该方法通过在电网故障时限制转子转差频率电流和转子(2－s)倍额定频率电流，分别形成转子励磁电压正序控制信号和转子励磁电压负序控制信号；同时利用发电机定子电阻实现定子磁场暂态直流分量的衰减，减小定子磁场暂态分量、正序分量和负序分量对转子侧的影响。

本发明提供的控制方法，无需增加任何硬件保护装置，在电网对称和非对称故障情况下，均可有效抑制转子出现过电流，保护发电机和转子励磁变频器安全运行；在电网故障过程中，可有效减小发电机对电网和机械系统的暂态冲击，故障切除后发电机可迅速恢复正常运行，实现对电网的及时支持。

申请人：重庆大学
地址：400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号
国籍：CN
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一种双馈风力发电系统低电压穿越控制策略张阳;黄科元;黄守道【摘要】Through the control of the machine side converter and the grid side converter of wind turbine,which can not only continuous operating,but also can help the grid voltage recovering. Realize the low voltage ride-through (LVRT) during symmetric grid fault. The control target of machine side converter is to realize the maximum wind energy tracking and control of reactive power .The control target of the grid side converter is to ensure the stability of DC bus voltage and control the reactive component of input current. The crowbar protection circuit is employed to ensure the rotor side current and DC bus voltage within the safe range. A speed loop is added based on the original double fed induction generator (DFIG) in this paper, which improve the dynamic performance of the speed and real-time power matching. The system anti impact ability is enhanced and the system stability is improved. The experimental results prove that the LVRT control method of DFIG is effective.%电网电压对称跌落时，通过对机侧变流器和网侧变流器的控制，使得风电机组不仅能够不脱网运行还能对电网提供无功，帮助电网电压恢复，实现双馈风力发电系统的低电压穿越。

第２７卷㊀第３期２０２３年３月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Ｅｌｅｃｔｒｉｃ㊀Ｍａｃｈｉｎｅｓ㊀ａｎｄ㊀Ｃｏｎｔｒｏｌ㊀Ｖｏｌ ２７Ｎｏ ３Ｍａｒ.２０２３㊀㊀㊀㊀㊀㊀电压源型双馈风电机组低压穿越控制策略王鑫达１ꎬ㊀张澳１ꎬ㊀李少林２ꎬ㊀宋鹏３ꎬ㊀张扬帆３ꎬ㊀张学广１(１.哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院ꎬ黑龙江哈尔滨１５０００１ꎻ２.中国电力科学研究院有限公司ꎬ北京１００１９２ꎻ３.国网冀北电力有限公司电力科学研究院ꎬ北京１０００４５)摘㊀要:在电网深度故障情况下ꎬ电压源型双馈风电机组控制环节中的惯量和阻尼作用不利于风电机组低压穿越ꎮ根据电流源型双馈风电机组的低压穿越策略提出了一种基于模式转换的电压源型双馈风电机组低压穿越控制方法ꎬ即在故障期间切换为电流源型控制方式ꎬ故障恢复后切换为电压源型控制方式ꎮ通过分析双馈风电机组电压源型和电流源型控制结构ꎬ提出基于状态变量预同步的柔性模式切换方法ꎬ实现了电压源和电流源运行模式的无冲击切换ꎮ根据风电机组低压穿越相关规定ꎬ制定暂态期间机组冲击电流抑制㊁有功恢复整定以及动态无功补偿方案ꎬ实现了电压源型双馈风电机组在电网深度故障情况下的低压穿越ꎮ通过仿真对上述方法的有效性进行了验证ꎮ关键词:电压源型控制ꎻ双馈风电机组ꎻ低压穿越ꎻ模式切换ꎻ电流源型控制ꎻ无功补偿ＤＯＩ:１０.１５９３８/ｊ.ｅｍｃ.２０２３.０３.００３中图分类号:ＴＭ６１４文献标志码:Ａ文章编号:１００７－４４９Ｘ(２０２３)０３－００２１－０９㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:２０２２－０９－０１基金项目:国家自然科学基金(５１９７７０４６)作者简介:王鑫达(１９９８ )ꎬ男ꎬ硕士ꎬ研究方向为风力发电系统并网稳定性控制ꎻ张㊀澳(１９９９ )ꎬ男ꎬ硕士ꎬ研究方向为风力发电系统并网稳定性控制ꎻ李少林(１９８４ )ꎬ男ꎬ硕士ꎬ高级工程师ꎬ研究方向为风电并网与试验检测技术ꎻ宋㊀鹏(１９８１ )ꎬ男ꎬ博士ꎬ高级工程师ꎬ研究方向为新能源并网技术及电力系统稳定性分析ꎻ张扬帆(１９８７ )ꎬ男ꎬ硕士ꎬ工程师ꎬ研究方向为新能源电站运行优化控制ꎻ张学广(１９８１ )ꎬ男ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ研究方向为风力发电技术和大功率电力电子技术等ꎮ通信作者:张学广ＬｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆＶＳＧｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｄｏｕｂｌｙｆｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅＷＡＮＧＸｉｎ￣ｄａ１ꎬ㊀ＺＨＡＮＧＡｏ１ꎬ㊀ＬＩＳｈａｏ￣ｌｉｎ２ꎬ㊀ＳＯＮＧＰｅｎｇ３ꎬ㊀ＺＨＡＮＧＹａｎｇ￣ｆａｎ３ꎬ㊀ＺＨＡＮＧＸｕｅ￣ｇｕａｎｇ１(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎꎬＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＨａｒｂｉｎ１５０００１ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＢｅｉｊｉｎｇ１００１９２ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＳｔａｔｅＧｒｉｄＪｉｂｅｉＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏ.ꎬＬｔｄ.ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００４５ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｉｎｅｒｔｉａａｎｄｄａｍｐｉｎｇｉｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｋｏｆｖｏｌｔａｇｅ￣ｓｏｕｒｃｅｄｏｕｂｌｙ￣ｆｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓａｒｅｎｏｔｃｏｎｄｕｃｉｖｅｔｏｔｈｅｌｏｗ￣ｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅ￣ｔｈｒｏｕｇｈｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｄｅｅｐｆａｕｌｔｉｎｔｈｅｐｏｗｅｒｇｒｉｄ.Ａｓｔｈｅｌｏｗ￣ｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅ￣ｔｈｒｏｕｇｈｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｃｕｒｒｅｎｔ￣ｓｏｕｒｃｅｄｏｕｂｌｙ￣ｆｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｍａｔｕｒｅꎬａｌｏｗ￣ｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅ￣ｔｈｒｏｕｇｈｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｏｆｖｏｌｔａｇｅ￣ｓｏｕｒｃｅｄｏｕｂｌｙ￣ｆｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎｍｏｄｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ.Ｔｈａｔｉｓꎬｉｔｓｗｉｔｃｈｅｓｔｏｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｆａｕｌｔꎬａｎｄｓｗｉｔｃｈｅｓｔｏｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅａｆｔｅｒｔｈｅｆａｕｌｔｒｅｃｏｖｅｒｙ.Ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｔｙｐｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｔｙｐｅｏｆｄｏｕｂｌｙ￣ｆｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓꎬａｆｌｅｘｉｂｌｅｍｏｄｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｐｒｅ￣ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｔａｔｅｖａｒｉａｂｌｅｓｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄꎬｗｈｉｃｈｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｉｍｐａｃｔ￣ｆｒｅｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｏｆｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓ.Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｌｏｗ￣ｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅ￣ｔｈｒｏｕｇｈｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓꎬｔｈｅｓｃｈｅｍｅｓｏｆｉｍｐｕｌｓｅｃｕｒｒｅｎｔｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎꎬａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｒｅｃｏｖｅｒｙｓｅｔｔｉｎｇａｎｄｄｙｎａｍｉｃｒｅ￣ａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｄｕｒｉｎｇｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｔａｔｅｗｅｒｅｆｏｒｍｕｌａｔｅｄꎬａｎｄｔｈｅｌｏｗ￣ｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅ￣ｔｈｒｏｕｇｈｏｆｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｄｏｕｂｌｙ￣ｆｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｄｅｅｐｆａｕｌｔｏｆｐｏｗｅｒｇｒｉｄｗａｓｒｅａｌ￣ｉｚｅｄ.Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅａｂｏｖｅｍｅｔｈｏｄｓｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｃｏｎｔｒｏｌꎻｄｏｕｂｌｙ￣ｆｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅꎻｌｏｗ￣ｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈꎻｍｏｄｅｓｗｉｔｃｈꎻｃｕｒ￣ｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｃｏｎｔｒｏｌꎻｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ０㊀引㊀言随着电网中风电等分布式电源的占比逐渐上升[１－２]ꎬ电力系统电力电子化程度提高速度日益加快ꎮ传统电流源型控制双馈风电机组无法主动提供电压㊁频率支撑[３]ꎬ而电压源型控制双馈风电机组能够实现电力系统灵活动态调压㊁调频ꎬ因此相比于电流源型控制提高了系统的可控性ꎮ针对上述问题ꎬ有文献提出虚拟同步机(ｖｉｒｔｕａｌｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒꎬＶＳＧ)这一典型的电压源型控制结构[４－５]ꎬ其基本原理是通过模拟同步机的运动方程ꎬ在控制系统中引入惯性和阻尼等状态量ꎬ使发电设备具有与同步机相似的输出外特性[６]ꎮ对于双馈风电机组的虚拟同步控制是在机侧变流器功率环中引入同步机有功摇摆方程和无功下垂方程[７－８]ꎬ通过调整功率外环惯性㊁阻尼系数改变双馈风电机组对外接口特性[９－１０]ꎮ目前ꎬ对于虚拟同步控制双馈风电机组(ＶＳＧ￣ＤＦＩＧ)的研究大多集中于稳态建模和优化调压㊁调频特性[１１]ꎮ对其暂态过程的研究尚处于初期阶段ꎬ鲜有文献提出系统的ＶＳＧ￣ＤＦＩＧ低压穿越控制策略[１２－１３]ꎮ现有文献对电流源型控制双馈风电机组的暂态过程和低压穿越研究相对完善ꎮ文献[１４]分析了电网低压故障时双馈电机的电磁暂态过程ꎬ并提出了矢量控制双馈风电机组的低压穿越策略ꎮ文献[１５]分析了电网对称故障下ＶＳＧ￣ＤＦＩＧ的电磁暂态过程ꎬ提出了基于暂态电压补偿的过电流抑制策略ꎮ文献[１６]通过补偿双馈电机转子电压故障分量改善其响应速度ꎮ文献[１７]讨论了电流源型和电压源型双馈风电机组的稳态运行特性和应用范围ꎬ并设计两种切换策略以提高ＤＦＩＧ并网稳定性ꎮ上述文献对ＶＳＧ￣ＤＦＩＧ暂态稳定性的提高策略大多基于原有的虚拟同步控制结构进行改进ꎬ在电网电压深度跌落时的故障穿越可靠性尚有待验证ꎮ虚拟同步控制通过在功率外环引入惯性和阻尼ꎬ提高了稳态运行时抗扰动能力ꎬ使并网发电设备能够获得更多可控的调节裕度ꎮ但同时惯性环节的滞后作用使得ＶＳＧ￣ＤＦＩＧ的暂态响应速度变慢ꎬ不利于暂态电流的抑制ꎬ相对于电流源型控制ꎬ更加难以实现低压穿越ꎮ因此可将电流源型低压穿越控制策略应用于ＶＳＧ￣ＤＦＩＧ的暂态期间控制ꎬ通过两种控制模式的切换实现ＶＳＧ￣ＤＦＩＧ低压穿越ꎮ由于两种控制模式结构和内部状态量不同ꎬ在切换过程中可能存在控制变量阶跃的问题ꎬ进而导致电压㊁电流冲击ꎬ因此需要相应的控制切换策略实现两种模式的平滑切换ꎮ为此ꎬ本文提出一种基于模式平滑切换的电压源型双馈风电机组低压穿越控制策略ꎮ首先根据电流源型与电压源型控制结构ꎬ分析两种控制模式并网角度同步方式及转子电流控制方式ꎬ得到基于状态变量预同步的模式平滑切换方法ꎮ结合暂态期间电流源型双馈电机冲击电流抑制㊁动态无功补偿控制技术ꎬ实现ＶＳＧ￣ＤＦＩＧ不同工况下低压穿越ꎮ通过仿真验证此方法的有效性ꎮ１㊀ＤＦＩＧ电流源和电压源控制原理图１为双馈风电机组拓扑连接图ꎬ风力机捕获风能并通过齿轮箱拖动双馈电机转子旋转ꎬ双馈电机定子直接并网ꎬ转子通过背靠背变流器接入电网ꎬ网侧变流器提供稳定的直流母线电压ꎬ转子侧变流器提供灵活可控的交流励磁ꎬ双馈风电机组的不同控制策略ꎬ可以通过改变转子侧变流器的控制方法来实现ꎮ图１㊀双馈风电机组拓扑连接图Ｆｉｇ.１㊀ＴｏｐｏｌｏｇｙｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆＤＦＩＧｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ２２电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第２７卷㊀根据双馈风电机组控制量和对外输出特性的不同ꎬ可将其控制模式分为电流源型和电压源型ꎮ电流源型控制通过锁相环同步电网角度ꎬ并网点电压扰动信息体现在锁相角度波动ꎬ通过电压㊁电流ｄｑ变换进入控制环节ꎬ实现对双馈电机的电流闭环控制ꎮ本文采用传统矢量控制作为双馈风电机组电流源型控制ꎬ其结构如图２所示ꎮ图２㊀矢量控制结构框图Ｆｉｇ.２㊀Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌ图２中:ｕｓ㊁ｕｒ㊁ｉｓ㊁ｉｒ分别为定转子电压和定转子电流ꎻ下标ｄ㊁ｑ分别代表相应物理量的ｄ轴分量和ｑ轴分量ꎻＬｓ㊁Ｌｒ分别代表定子侧电感和转子侧电感ꎻＬｍ代表定转子互感ꎻω㊁ω２分别代表电网电流角频率和转子电流角频率ꎻｕｓａｂｃ为并网点三相电压ꎻθ为锁相环输出角度ꎮ整个控制器由电流控制内环和功率控制外环构成ꎮ转子侧控制器的电流环实现有功电流和励磁电流的解耦控制ꎬ其输入为转子电流参考ꎬ输出为转子电压给定ꎮ根据图２ꎬ电流环的数学表达式如下:ｕｒｄ＝(ｋｐ＿ｉｒ＋ｋｉ＿ｉｒｓ)(ｉｒｄ＿ｒｅｆ－ｉｒｄ)－ω２Ｌｒｉｒｑ－ω２Ｌｍｉｓｑꎻｕｒｑ＝(ｋｐ＿ｉｒ＋ｋｉ＿ｉｒｓ)(ｉｒｑ＿ｒｅｆ－ｉｒｑ)＋ω２Ｌｒｉｒｄ＋ω２Ｌｍｉｓｄꎮüþýïïïï(１)式中:ｋｐ＿ｉｒ和ｋｉ＿ｉｒ分别为电流环比例系数和积分系数ꎻｉｒｄ＿ｒｅｆ和ｉｒｑ＿ｒｅｆ分别表示功率环输出的转子电流给定值的ｄ轴分量和ｑ轴分量ꎮ与电流源型控制不同ꎬ电压源型控制采用功率自同步并网ꎬ不受锁相环影响ꎮ本文采用带内环的虚拟同步控制作为双馈风电机组的电压源型控制ꎮ功率外环控制输出跟随给定ꎬ得到并网同步角度和电压幅值ꎬ内环依据功率环输出控制定子电压㊁转子电流ꎬ其控制结构框图如图３ꎮ控制器分为ＶＳＧ和电压电流双闭环两部分ꎬＶＳＧ部分中Ｐ㊁Ｑ㊁Ｐｒｅｆ㊁Ｑｒｅｆ分别为输出有功功率㊁无功功率及其参考值ꎻω为ＶＳＧ输出角频率ꎬωｒｅｆ为频率参考值ꎻＵ为输出电压幅值ꎬＵｎ为输出电压基值ꎻθ为ＶＳＧ输出角度ꎮ功率环模拟同步机机械方程以提供惯性和阻尼ꎬ控制方程如下:Ｊｄωｄｔ＝Ｄｐ(ωｎ－ω)＋１ωｎ(Ｐｒｅｆ－Ｐ)ꎻ(２)ＫｄＥｄｔ＝Ｑｒｅｆ－Ｑ＋Ｄｑ(Ｕｎ－Ｕ)ꎮ(３)式中:Ｄｐ为有功－频率下垂系数ꎻＤｑ为无功－电压下垂系数ꎻＪ为虚拟转动惯量ꎻＫ为惯性系数ꎻＥ为ＶＳＧ参考电压幅值ꎮ图３㊀虚拟同步控制结构框图Ｆｉｇ.３㊀Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｖｉｒｔｕａｌｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌ虚拟同步控制外环输出的电压幅值为定子电压控制环提供的ｄ－ｑ轴参考值ꎬ其与实际定子电压进行比较得到的差值经过ＰＩ控制器ꎬ可以获得转子电流的ｄ－ｑ轴参考值ꎬ控制方程可表示为ｉｒｄ＿ｒｅｆ＝(ｋｐ＿ｕｒ＋ｋｉ＿ｕｒｓ)(ｕｓｑ＿ｒｅｆ－ｕｖｓｇｓｑ)ꎻｉｒｑ＿ｒｅｆ＝－(ｋｐ＿ｕｒ＋ｋｉ＿ｕｒｓ)(ｕｓｄ＿ｒｅｆ－ｕｖｓｇｓｄ)ꎮüþýïïïï(４)式中:ｕｓｄ＿ｒｅｆ㊁ｕｓｑ＿ｒｅｆ分别表示定子电压的ｄ－ｑ轴参考值ꎻｉｒｄ＿ｒｅｆ㊁ｉｒｑ＿ｒｅｆ分别表示转子电流的ｄ－ｑ轴参考值ꎻｕｓｄ㊁ｕｓｑ㊁ｉｓｄ㊁ｉｓｑ分别表示定子电压㊁电流ｄ－ｑ轴的实际值ꎻｕｒｄ㊁ｕｒｑ㊁ｉｒｄ㊁ｉｒｑ分别表示转子电压㊁电流ｄ－ｑ轴的实际值ꎻｋｐ＿ｕｒ㊁ｋｉ＿ｕｒ分别为电压控制环中ＰＩ控制器的比例系数和积分系数ꎻｋｐ＿ｉｒ㊁ｋｉ＿ｉｒ分别为电流控制环中ＰＩ控制器的比例系数和积分系数ꎮ由上述电流源㊁电压源型控制结构可得到:当电网发生低压故障ꎬ由于虚拟同步控制的惯性和阻尼作用ꎬ其相较于矢量控制更加难以达到快速抑制暂态冲击电流的效果ꎮ２㊀电压源型ＤＦＩＧ机组低压穿越根据风电并网的相关规定ꎬ风电场的低压穿越要求如下(见图４):３２第３期王鑫达等:电压源型双馈风电机组低压穿越控制策略１)风电场并网点电压跌至标称电压的２０％时ꎬ风电机组应保证不脱网的情况下连续运行６２５ｍｓꎮ２)风电场并网点电压在跌落后２ｓ内能够恢复到标称电压９０％ꎬ同时也能够不脱网连续运行ꎮ图４㊀风电场低压穿越要求Ｆｉｇ.４㊀ＬＶＲＴｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｗｉｎｄｆａｒｍ当电网发生低压故障ꎬ对风电机组的动态无功支撑量应响应并网点电压变化ꎬ满足ΔＩｔ＝Ｋ１ˑ(０.９－Ｕｔ)ˑＩＮꎬ(０.２ɤＵｔɤ０.９)ꎮ(５)式中:ΔＩｔ为风电场注入无功电流增量ꎬ单位为安(Ａ)ꎻＫ１为动态无功电流比例系数Ｋ１(１.５ɤＫ１ɤ３)ꎻＵｔ为风电场并网点电压ꎬ单位为标幺值(ｐｕ)ꎻＩＮ为风电场额定电流ꎬ单位为安(Ａ)ꎮ对风电场有功恢复速率的要求为:对电力系统故障期间没有切出的风电场ꎬ其有功功率自故障清除时刻开始ꎬ以至少２０％ＰＮ/ｓ的功率变化率恢复至故障前的值ꎮ根据上述风电场低压穿越要求可知ꎬＤＦＩＧ并网点电压最低标准为２０％ꎮ当电网电压深度跌落时ꎬ双馈电机内部剧烈的电磁暂态过程产生冲击电流ꎬ可能对风电机组的硬件设备产生安全威胁ꎮ本文采用Ｃｒｏｗｂａｒ硬件保护电路进行冲击卸荷ꎬ如图５所示ꎮ图５㊀双馈风电机组转子侧Ｃｒｏｗｂａｒ电路Ｆｉｇ.５㊀Ｃｒｏｗｂａｒｃｉｒｃｕｉｔａｔｒｏｔｏｒｓｉｄｅｏｆｄｏｕｂｌｙ￣ｆｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ图５中ꎬ在双馈风电机组电磁暂态过程中为防止冲击电流破坏转子侧变流器ꎬ可通过投切保护电阻Ｒｃｒｏｗ抑制冲击电流ꎮ暂态期间由双馈风电机组网侧变流器进行无功支撑ꎬ动态支撑量按照下式给定:Ｑｏｕｔ＝０ꎬ(０.９ɤＵｔ)ꎻ１.５Ｉｎ(０.９－Ｕｔ)Ｕｔꎬ(０.２<Ｕｔ<０.９)ꎻ１.０５ＩｎＵｔꎬ(Ｕｔɤ０.２)ꎮìîíïïï(６)式中:Ｉｎ为额定电流ꎻＱｏｕｔ为暂态期间无功输出标幺值ꎬ满足式(５)对暂态无功支撑的要求ꎮ暂态期间有功给定及有功恢复速率在上述要求的条件下ꎬ依据故障程度进行整定ꎬ具体为ΔＰｒｅｆΔｔ＝５Ｐｒｅｆ＝５ꎬ(０.８ɤＵｔ)ꎻ２０３Ｕｔ－１３ꎬ(０.２<Ｕｔ<０.８)ꎻ１ꎬ(Ｕｔɤ０.２)ꎮìîíïïïï(７)式中:ΔＰｒｅｆ/Δｔ表示故障恢复后有功恢复速率ꎻＰｒｅｆ为暂态期间有功指令值ꎬ均满足并网标准ꎮ综合上述分析结论ꎬ电压源型双馈风电机组低压穿越基本思路为:电网低压暂态期间由电压源型控制切换为电流源型低压穿越控制ꎬ待故障恢复且功率稳定后ꎬ再由电流源型切换为电压源型控制ꎮ控制切换的整体时序关系如图６所示ꎮ图６㊀低压穿越控制切换时序Ｆｉｇ.６㊀Ｃｏｎｔｒｏｌｓｗｉｔｃｈｉｎｇｔｉｍｉｎｇｏｆｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅ￣ｔｈｒｏｕｇｈ由图６可知ꎬ上述电压源型双馈风电机组低压穿越控制策略需要分别在故障开始㊁恢复稳态后进行控制切换ꎬ电流源型持续期间进行矢量控制低压穿越改进和故障结束后的功率恢复ꎮ利用矢量控制响应速度快的优势ꎬ依据风电并网要求进行无功补偿ꎬ同时快速降低输出功率保证硬件设备不过流ꎮ３㊀控制切换方法３.１㊀ＶＳＧ－矢量控制切换方法如上文所述ꎬ电压源型控制双馈风电机组的低４２电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第２７卷㊀压穿越需要两次模式切换ꎮ其中第一次切换发生在故障初期的电磁暂态过程中ꎬ各物理量发生剧烈波动ꎬ此外切换期间包含硬件保护投切ꎬＣｒｏｗｂａｒ电路将转子变流器旁路ꎬ期间无须考虑切换造成的暂态冲击ꎮ因此首次从稳态电压源型切换为电流源型控制仅需进行角度预同步ꎬ其控制结构如图７所示ꎮ图７㊀ＶＳＧ－矢量控制切换策略框图Ｆｉｇ.７㊀ＢｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆＶＳＧ￣ｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｗｉｔｃｈｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙ由图７可知ꎬ当低压故障检测信号置１时ꎬ将矢量控制功率环和电流环ＰＩ清零ꎬ硬件保护切出后由矢量控制功率环输出暂态电流指令ꎮ当虚拟同步控制下双馈风电机组并网运行时ꎬ由ＶＳＧ的有功控制环提供旋转坐标系下控制器中坐标变换所需要的相角ꎮ通过前文分析可知ꎬ电压源型ＶＳＧ通过线路阻抗向电网传输有功功率ꎬ所传输有功功率的大小由ＶＳＧ输出电压相角与电网电压相角之差决定ꎮ而矢量控制通过同步旋转坐标系下的锁相环来获取电网电压的相位ꎮ由ＶＳＧ向矢量控制切换时ꎬ需要提前将锁相环角度与ＶＳＧ功率环输出角度同步ꎬ使其在切换瞬间保持一致ꎬ具体控制结构如图８所示ꎮ图８㊀ＶＳＧ￣ＰＬＬ角度预同步结构框图Ｆｉｇ.８㊀ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆＶＳＧ￣ＰＬＬａｎｇｌｅｐｒｅ￣ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ图８所示虚线上面的部分为虚拟同步控制的有功环ꎬ虚线下方为锁相环环节ꎬ图中引入了Ｋ０㊁Ｋ１㊁Ｋ２３个开关ꎬ通过３个开关的协同控制可以实现锁相环角度与ＶＳＧ功率环保持同步ꎮ矢量控制期间ꎬ开关Ｋ２置于２ꎬ控制器使用锁相环角度进行坐标变换ꎬＫ０闭合㊁Ｋ１断开ꎬ通过锁相环中的积分环节对ＰＬＬ的输出角度与ＶＳＧ有功环的输出角度进行无差控制ꎮＶＳＧ控制期间Ｋ２置于１㊁Ｋ０断开㊁Ｋ１闭合ꎮ３.２㊀矢量控制－ＶＳＧ切换方法第二次稳态时的切换ꎬ则需要考虑两种模式控制环节的状态量是否保持一致ꎬ为实现平滑切换ꎬ需要进行关键控制参数的预同步ꎮ由于虚拟同步控制与矢量控制的电流环结构相同ꎬ因此可采用电流环指令值切换策略ꎬ预同步环节包括:１)虚拟同步功率环输出角度θＳ与矢量控制锁相环角度θＰＬＬꎻ２)虚拟同步定子电压环输出ｉｒ＿ＶＳＧ与矢量控制功率环输出电流指令ｉｒ＿ＰＬＬꎮ暂态期间变功率给定以及故障恢复后有功恢复整定通过对矢量控制功率环改进实现ꎬ整体结构如图９所示ꎮ图９㊀矢量－ＶＳＧ控制切换策略框图Ｆｉｇ.９㊀Ｓｔｒａｔｅｇｙｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｖｅｃｔｏｒ￣ＶＳＧｃｏｎｔｒｏｌｓｗｉｔｃｈｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌ由矢量控制向ＶＳＧ切换时需要提前将ＶＳＧ功率环输出角度与锁相环角度同步ꎬ使其在切换瞬间保持一致ꎬ具体控制结构如图１０所示ꎮ图１０㊀ＰＬＬ￣ＶＳＧ角度预同步结构框图Ｆｉｇ.１０㊀ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆＰＬＬ￣ＶＳＧａｎｇｌｅｐｒｅ￣ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ图１０所示虚线上方部分为锁相环ꎬ虚线下为虚拟同步控制的有功环ꎬ图中引入了Ｋᶄ０㊁Ｋᶄ１㊁Ｋᶄ２三个开关ꎬ通过三个开关的协同控制可以实现虚拟同步机与电网角度同步ꎮ矢量控制期间开关Ｋᶄ２置于１ꎬ控５２第３期王鑫达等:电压源型双馈风电机组低压穿越控制策略制器使用锁相环角度进行坐标变换ꎬＫᶄ０断开㊁Ｋᶄ１闭合ꎬＶＳＧ有功环惯性积分环节输入清零ꎬ通过有功频率控制环中的积分环节对有功环的输出角度与ＰＬＬ的输出角度进行无差控制ꎬ使有功环的输出角度与锁相角度相同ꎮ虚拟同步控制期间Ｋᶄ２置于２㊁Ｋᶄ０闭合㊁Ｋᶄ１断开ꎮ除角度预同步外ꎬ完成控制平滑切换还需要电流环指令的预同步ꎮ由上文分析可知ꎬ矢量控制功率环通过ＰＩ控制器将双馈电机定子输出控制为给定值ꎬ输出电流环指令ꎮ虚拟同步电压环将定子电压与电压指令的差值通过ＰＩ控制器ꎬ得到转子电流环指令ꎮ由矢量控制向ＶＳＧ切换时ꎬ需要提前将ＶＳＧ电压环输出与矢量功率环同步ꎬ使其在切换瞬间保持一致ꎬ具体控制结构如图１１所示ꎮ图１１㊀电流指令预同步结构框图Ｆｉｇ.１１㊀Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｃｕｒｒｅｎｔｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｖａｌｕｅｐｒｅ￣ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ图１１中虚线左侧部分为矢量功率环ꎬ虚线右侧为虚拟同步控制定子电压环ꎬ图中引入了Ｋ３㊁Ｋ４㊁Ｋ５㊁Ｋ６４个开关ꎬ通过各开关的协同控制可以实现ＶＳＧ与矢量控制电流指令预同步ꎮ矢量控制期间开关Ｋ５㊁Ｋ６置于２ꎬ电流环指令取矢量功率环输出ｉｒｑ＿ＰＬＬ㊁ｉｒｄ＿ＰＬＬꎬＫ３㊁Ｋ４置于２ꎬＶＳＧ电压环积分环节输入清零ꎬ使其对输出转子电流环指令值与矢量控制功率环输出进行无差控制ꎬ确保二者在切换时保持相同ꎮＶＳＧ控制期间４个开关置于１ꎮ４㊀仿真分析对上述电压源型双馈风电机组低压穿越策略进行仿真验证ꎬ主要参数如表１和表２所示ꎮ双馈电机工作在转速１.３ｐｕꎬ输出额定功率状态下ꎮ仿真时长４ｓꎬ其中０~０.５ｓ电网为额定电压ꎬ双馈电机工作于稳态ꎻ０.５~１.５ｓ电网发生低压故障ꎬ并网点电压跌落８０％ꎻ１.５~３ｓ电网电压恢复ꎬ有功功率恢复至额定值ꎮ表１㊀仿真主电路参数Ｔａｂｌｅ１㊀Ｍａｉｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ㊀㊀㊀参数数值ＤＦＩＧ额定电压Ｕｂ/Ｖ６９０ＤＦＩＧ基准容量Ｓｂ/ＭＶＡ２.６额定频率ｆ/Ｈｚ５０转子漏感Ｌｒ/ｐｕ０.１６定子漏感Ｌｓ/ｐｕ０.１８转子电阻Ｒｒ/ｐｕ０.０１６定子电阻Ｒｓ/ｐｕ０.０２３励磁电感Ｌｍ/ｐｕ２.９直流母线电压Ｕｄｃ/Ｖ１０７０电网电感Ｌｇ/ｐｕ０.１０７电网电阻Ｒｇ/ｐｕ０.０６８电网电容Ｃｇ/ｐｕ６.６７并网高压母线电压Ｕｇ/ｋＶ４０.５并网变压器变比ｎ４０.５ｅ３ʒ６９０变压器短路电压ＵＴ/％６.０５表２㊀控制器参数Ｔａｂｌｅ２㊀Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓ㊀㊀㊀参数数值ＶＳＧ惯性时间常数Ｔｊ０.５ＶＳＧ阻尼常数Ｄ３０ＶＳＧ无功环比例系数ｋｐｖ０.３ＶＳＧ无功环积分系数ｋｉｖ５ＶＳＧ电压环比例系数ｋｐｕ＿ＶＳＧ１.５ＶＳＧ电压环积分系数ｋｉｕ＿ＶＳＧ５０ＶＳＧ电流环比例系数ｋｐｉ＿ＶＳＧ０.０５ＶＳＧ电流环积分系数ｋｉｉ＿ＶＳＧ１０锁相环比例系数ｋｐ＿ＰＬＬ１００锁相环比例系数ｋｉ＿ＰＬＬ１０００矢量功率环比例系数ｋｐＳ＿ＰＬＬ１矢量功率环积分系数ｋｉＳ＿ＰＬＬ５０矢量电流环比例系数ｋｐｉ＿ＰＬＬ０.２矢量电流环积分系数ｋｉｉ＿ＰＬＬ５图１２为采用模式平滑切换的电压源型双馈风电机组低压穿越仿真波形ꎬ０.５ｓ时由虚拟同步控制切换至矢量控制ꎬ硬件保护设备投入３０ｍｓꎬ３ｓ时功率恢复为额定值ꎬ由矢量控制切换至虚拟同步控制ꎮ满足相关规定中故障深度８０％ꎬ持续至少６２５ｍｓ的低压穿越要求ꎮ６２电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第２７卷㊀图１２㊀低压穿越仿真波形Ｆｉｇ.１２㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｖｅｆｏｒｍｏｆｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅ￣ｔｈｒｏｕｇｈ由图１２并网点电压和双馈电机直流母线电压波形可知ꎬ采用上述方法能够使虚拟同步控制双馈风电机组完成低压穿越ꎬ且在故障发生与恢复阶段并网点电压与直流母线电压暂态波动较小ꎮ图１３为双馈风电机组并网点输出有功功率㊁无功功率ꎬ电网低压故障期间有功输出０.２ｐｕꎬ无功输出０.４ｐｕꎮ３ｓ时控制切换各控制量及输出量基本无波动ꎬ实现了控制模式平滑切换ꎮ红色曲线为风电机组低压穿越相关要求ꎬ有功恢复速率为５０％ＰＮ/ｓꎬ满足至少２０％ＰＮ/ｓ的要求ꎮ按照式(６)计算ꎬ暂态期间无功支撑至少为０.２５ｐｕꎬ且输出速度不超过７５ｍｓꎬ由仿真波形可知均满足上述要求ꎮ图１３㊀输出功率仿真波形Ｆｉｇ.１３㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｖｅｆｏｒｍｏｆｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒ图１４为并网点电流和转子电流仿真波形ꎬＣｒｏｗｂａｒ电路检测故障后转子电流峰值ꎬ当三相转子电流任一相峰值超过１.７５ｐｕꎬ则投入Ｃｒｏｗｂａｒ电路ꎬ闭锁转子变换器ꎮＣｒｏｗｂａｒ电路在电网低压故障后投入３０ｍｓꎬ快速抑制了暂态冲击电流ꎮ图１４㊀并网点、转子电流仿真波形Ｆｉｇ.１４㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｖｅｆｏｒｍｏｆｐａｒａｌｌｅｌｎｏｄｅｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｒｏｔｏｒｃｕｒｒｅｎｔ图１５为ＶＳＧ与矢量控制的角度差和电流环指令差ꎮ在０.５ｓ故障发生后的首次切换时ꎬ两种控制模式的角度保持相同ꎻ１.５ｓ故障恢复时各状态量波动ꎬ在短暂延时后角度和电流指令恢复同步ꎻ３ｓ由矢量控制向ＶＳＧ切换时并网角度和电流指令保持同步ꎮ综上分析基于状态变量预同步的模式切换方法ꎬ能够实现矢量控制与ＶＳＧ控制间的平滑切换ꎮ图１５㊀状态变量预同步仿真波形Ｆｉｇ.１５㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｖｅｆｏｒｍｆｏｒｐｒｅ￣ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｉｎｇｓｔａｔｅｖａｒｉａｂｌｅｓ５㊀结㊀论１)在电网深度故障情况下ꎬ由于电压源控制中惯量和阻尼环节的影响ꎬ机组动态特性较慢ꎬ因此在故障过程中完全依靠电压源控制难以满足低压穿越运行要求ꎮ２)传统电流源型双馈风电机组故障穿越技术相对成熟ꎬ因此可以通过转子侧Ｃｒｏｗｂａｒ电路限制暂态冲击电流ꎬ在暂态期间采用矢量控制进行暂态７２第３期王鑫达等:电压源型双馈风电机组低压穿越控制策略电流抑制ꎬ动态无功补偿ꎮ３)在切换过程中ꎬ通过控制参数和状态变量预同步ꎬ可以实现电压源运行模式和电流源矢量控制模式的平滑切换ꎮ仿真结果表明ꎬ所提出的控制策略能够使电压源型双馈风电机组在电网深度故障情况下安全稳定运行ꎬ并且满足风电并网低压穿越暂态时长㊁有功恢复㊁无功支撑等要求ꎮ参考文献:[１]㊀赵恩盛ꎬ韩杨ꎬ周思宇ꎬ等.微电网惯量与阻尼模拟技术综述及展望[Ｊ].中国电机工程学报ꎬ２０２２ꎬ４２(４):１４１３.ＺＨＡＯＥｎ ｓｈｅｎｇꎬＨＡＮＹａｎｇꎬＺＨＯＵＳｉｙｕꎬｅｔａｌ.Ｒｅｖｉｅｗａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｉｎｅｒｔｉａａｎｄｄａｍｐｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｍｉｃｒｏ￣ｇｒｉｄｓ[Ｊ].ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥꎬ２０２２ꎬ４２(４):１４１３. [２]㊀王涛ꎬ诸自强ꎬ年珩.非理想电网下双馈风力发电系统运行技术综述[Ｊ].电工技术学报ꎬ２０２０ꎬ３５(３):４５５.ＷＡＮＧＴａｏꎬＺＨＵＺｉｑｉａｎｇꎬＮＩＡＮＨｅｎｇ.Ｒｅｖｉｅｗｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｄｏｕｂｌｙ￣ｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ￣ｂａｓｅｄｗｉｎｄｐｏｗｅｒｓｙｓ￣ｔｅｍｕｎｄｅｒｎｏｎｉｄｅａｌｇｒｉｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ２０２０ꎬ３５(３):４５５.[３]㊀章艳ꎬ高晗ꎬ张萌.不同虚拟同步机控制下双馈风机系统频率响应差异研究[Ｊ].电工技术学报ꎬ２０２０ꎬ３５(１３):２８８９.ＺＨＡＮＧＹａｎꎬＧＡＯＨａｎꎬＺＨＡＮＧＭｅｎｇ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｓｐｏｎｓｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｄｏｕｂｌｙ￣ｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｙｓｔｅｍｃｏｎ￣ｔｒｏｌｌｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖｉｒｔｕａｌｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓ[Ｊ].ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ２０２０ꎬ３５(１３):２８８９.[４]㊀吕志鹏ꎬ盛万兴ꎬ钟庆昌ꎬ等.虚拟同步发电机及其在微电网中的应用[Ｊ].中国电机工程学报ꎬ２０１４ꎬ３４(１６):２５９１.ＬÜＺｈｉｐｅｎｇꎬＳＨＥＮＧＷａｎｘｉｎｇꎬＺＨＯＮＧＱｉｎｇｃｈａｎｇꎬｅｔａｌ.Ｖｉｒｔｕ￣ａｌｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｍｉｃｒｏ￣ｇｒｉｄ[Ｊ].ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥꎬ２０１４ꎬ３４(１６):２５９１. [５]㊀ＡＳＨＡＢＡＮＩＭꎬＭＯＨＡＭＥＤＹＡＩ.ＮｏｖｅｌｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｆｒａｍｅｗｏｒｋｆｏｒｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇＶＳＣｓｔｏｓｍａｒｔｐｏｗｅｒｇｒｉｄｓｕｓｉｎｇｂｉｄｉ￣ｒｅｃｔｉｏｎａｌｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ￣ＶＳＣ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰｏｗｅｒＳｙｓ￣ｔｅｍｓꎬ２０１４ꎬ２９(２):９４３.[６]㊀程雪坤ꎬ刘辉ꎬ田云峰ꎬ等.基于虚拟同步控制的双馈风电并网系统暂态功角稳定研究综述与展望[Ｊ].电网技术ꎬ２０２１ꎬ４５(２):５１８.ＣＨＥＮＧＸｕｅｋｕｎꎬＬＩＵＨｕｉꎬＴＩＡＮＹｕｎｆｅｎｇꎬｅｔａｌ.Ｒｅｖｉｅｗｏｆｔｒａｎ￣ｓｉｅｎｔｐｏｗｅｒａｎｇｌｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｄｏｕｂｌｙ￣ｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｗｉｔｈｖｉｒｔｕａｌｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ[Ｊ].ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２１ꎬ４５(２):５１８.[７]㊀李辉ꎬ王坤ꎬ胡玉ꎬ等.双馈风电系统虚拟同步控制的阻抗建模及稳定性分析[Ｊ].中国电机工程学报ꎬ２０１９ꎬ３９(１２):３４３４.ＬＩＨｕｉꎬＷＡＮＧＫｕｎꎬＨＵＹｕꎬｅｔａｌ.Ｉｍｐｅｄａｎｃｅｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｖｉｒｔｕａｌｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｃｏｎｔｒｏｌｂａｓｅｄｏｎｄｏｕｂｌｙ￣ｆｅｄｗｉｎｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ[Ｊ].ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥꎬ２０１９ꎬ３９(１２):３４３４.[８]㊀ＬＩＵＹꎬＨＡＯＭꎬＨＥＹꎬｅｔａｌ.Ｒｅｖｉｅｗａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｖｉｒｔｕａｌｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍａｃｈｉｎｅｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ[Ｃ]//２０１９ＩＥＥＥＰＥＳＩｎｎｏｖａ￣ｔｉｖｅＳｍａｒｔＧｒｉｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＡｓｉａꎬＭａｙ２１－２４ꎬ２０１９ꎬＣｈｅｎｇｄｕꎬＣｈｉｎａ.２０１９:５９３－５９８.[９]㊀颜湘武ꎬ张伟超ꎬ崔森ꎬ等.基于虚拟同步机的电压源逆变器频率响应时域特性和自适应参数设计[Ｊ].电工技术学报ꎬ２０２１ꎬ３６(Ｓ１):２４１.ＹＡＮＸｉａｎｇｗｕꎬＺＨＡＮＧＷｅｉｃｈａｏꎬＣＵＩＳｅｎꎬｅｔａｌ.Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅ￣ｓｐｏｎｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄａｄａｐｔｉｖｅｐａｒａｍｅｔｅｒｔｕｎｉｎｇｏｆｖｏｌｔａｇｅ￣ｓｏｕｒｃｅｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｕｎｄｅｒＶＳＧｃｏｎｔｒｏｌ[Ｊ].ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ２０２１ꎬ３６(Ｓ１):２４１.[１０]㊀ＡＲＡＮＩＭＦＭꎬＥｌ￣ＳａａｄａｎｉＥＦ.ＩｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇｖｉｒｔｕａｌｉｎｅｒｔｉａｉｎＤＦＩＧ￣ｂａｓｅｄｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍꎬ２０１３ꎬ２８(２):１３７３.[１１]㊀ＡＬＩＰＯＯＲＪꎬＭＩＵＲＡＹꎬＩＳＥＴ.Ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｖｉｒｔｕａｌｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｗｉｔｈａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇｍｏｍｅｎｔｏｆｉｎｅｒｔｉａ[Ｊ].ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｍｅｒｇｉｎｇａｎｄＳｅｌｅｃｔｅｄＴｏｐｉｃｓｉｎＰｏｗｅｒＥ￣ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓꎬ２０１５ꎬ３(２):４５１.[１２]㊀年珩ꎬ程鹏ꎬ贺益康.故障电网下双馈风电系统运行技术研究综述[Ｊ].中国电机工程学报ꎬ２０１５ꎬ３５(１６):４１８４.ＮＩＡＮＨｅｎｇꎬＣＨＥＮＧＰｅｎｇꎬＨＥＹｉｋａｎｇ.ＲｅｖｉｅｗｏｎｏｐｅｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒＤＦＩＧ￣ｂａｓｅｄｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｕｎｄｅｒｎｅｔｗｏｒｋｆａｕｌｔｓ[Ｊ].ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥꎬ２０１５ꎬ３５(１６):４１８４.[１３]㊀徐海亮.双馈型风电机组低电压穿越技术要点及展望[Ｊ].电力系统自动化ꎬ２０１３ꎬ３７(２０):８.ＸＵＨａｉｌｉａｎｇ.Ａｒｅｖｉｅｗｏｎｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅ￣ｔｈｒｏｕｇｈｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｆｏｒＤＦＩＧｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ[Ｊ].ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓꎬ２０１３ꎬ３７(２０):８.[１４]㊀胡家兵ꎬ贺益康.双馈风力发电系统的低压穿越运行与控制[Ｊ].电力系统自动化ꎬ２００８ꎬ３２(２):４９.ＨＵＪｉａｂｉｎｇꎬＨＥＹｉｋａｎｇ.Ｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆｄｏｕｂｌｙｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ[Ｊ].Ａｕｔｏ￣ｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓꎬ２００８ꎬ３２(２):４９. [１５]㊀程雪坤ꎬ孙旭东ꎬ柴建云ꎬ等.电网对称故障下双馈风力发电机的虚拟同步控制策略[Ｊ].电力系统自动化ꎬ２０１７ꎬ４１(２０):４７.ＣＨＥＮＧＸｕｅｋｕｎꎬＳＵＮＸｕｄｏｎｇꎬＣＨＡＩＪｉａｎｙｕｎꎬｅｔａｌ.Ｖｉｒｔｕａｌｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｄｏｕｂｌｙ￣ｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｕｎｄｅｒｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｇｒｉｄｆａｕｌｔｓ[Ｊ].ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓꎬ２０１７ꎬ４１(２０):４７.８２电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第２７卷㊀[１６]㊀程雪坤ꎬ孙旭东ꎬ柴建云ꎬ等.适用于电网不对称故障的双馈风力发电机虚拟同步控制策略[Ｊ].电力系统自动化ꎬ２０１８ꎬ４２(９):１２０.ＣＨＥＮＧＸｕｅｋｕｎꎬＳＵＮＸｕｄｏｎｇꎬＣＨＡＩＪｉａｎｙｕｎꎬｅｔａｌ.Ｖｉｒｔｕａｌｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｄｏｕｂｌｙ￣ｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｄｅｒａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｇｒｉｄｆａｕｌｔｓ[Ｊ].ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓꎬ２０１８ꎬ４２(９):１２０.[１７]㊀谢震ꎬ许可宝ꎬ高翔ꎬ等.弱电网下基于混合控制型双馈风电机组稳定性分析[Ｊ].中国电机工程学报ꎬ２０２２ꎬ４２(２０):７４２６.ＸＩＥＺｈｅｎꎬＸＵＫｅｂａｏꎬＧＡＯＸｉａｎｇꎬｅｔａｌ.ＳｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆＤＦＩＧ￣ｂａｓｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｂａｓｅｄｏｎｈｙｂｒｉｄｃｏｎｔｒｏｌｉｎｗｅａｋｇｒｉｄ[Ｊ].ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥꎬ２０２２ꎬ４２(２０):７４２６. [１８]㊀姜惠兰ꎬ王绍辉ꎬ李希钰ꎬ等.考虑动态电压区间无功支撑的双馈风机连锁故障穿越控制策略[Ｊ].高电压技术ꎬ２０２２ꎬ４８(１):１４７.ＪＩＡＮＧＨｕｉｌａｎꎬＷＡＮＧＳｈａｏｈｕｉꎬＬＩＸｉｙｕꎬｅｔａｌ.Ｃａｓｃａｄｉｎｇｆａｕｌｔｒｉｄｅ￣ｔｈｒｏｕｇｈｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｄｏｕｂｌｙ￣ｆｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｃｏｎｓｉｄ￣ｅｒｉｎｇｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｏｒｔｉｎｄｙｎａｍｉｃｖｏｌｔａｇｅｒａｎｇｅ[Ｊ].ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０２２ꎬ４８(１):１４７.(编辑:刘素菊)９２第３期王鑫达等:电压源型双馈风电机组低压穿越控制策略。

1 引言目前，在欧洲一些风力发电技术领先的国家如丹麦、德国等已经相继制定了新的电网运行规则：要求只有当电网电压跌落低于规定的曲线后才能脱网，当电压在一定范围内时，风力发电机组应该向电网提供无功功率支持，从而使电网尽快的恢复稳定状态。

其中最著名的当属德国E.ON公司的标准，如图1所示，图中阴影部分表示风电机组在不脱网的情况下还需向电网提供一定的无功支持。

对于DFIG在电网故障情况下低电压穿越技术(LVRT)的研究已经成为当前风力发电领域一大热点[1]。

电网电压的骤降会引起双馈发电机定子绕组电流的增加，由于定子和转子之间存在强耦合关系，这个电流也会涌入转子回路和交流变频器，致使直流侧母线电压升高，机侧变流器的电流以及有功、无功功率都会发生振荡，同时引起转子回路产生过电压，过电流。

过电流会损坏变换器，而过电压会损坏发电机的转子绕组[2]。

本文从建立双馈感应风力发电机在定子电压跌落情况下的暂态数学模型出发，详细探讨了DFIG系统在电网故障情况下实现低电压穿越的各种应对措施，以期对我国将来风力发电运行标准的制定有所帮助。

图1 E.ON标准中规定的风力发电低电压运行能力曲线2 电网故障情况下DFIG的暂态数学模型一般情况下，当电网电压跌落时，定子三相电压对称跌落的过程可看作在定子端突加一组与原端电压大小相等、相位相反的三相电压过程。

于是，根据叠加原理可知，定子短路电流的空间向量为：。

式中，为定子电压跌落前定子稳态电流的空间向量；为定子端突加反向的三相电压所产生的定子电流空间向量。

3 LVRT的实现方法通常情况下，针对电网故障的严重程度应采取不同的应对措施。

当电网电压跌落幅度不大时，应当考虑采用改进控制策略使DFIG渡过电压的跌落；当出现大值电压跌落时，目前国外采用的最有效的方法是增加硬件电路以防止损坏转子侧变换器[3]。

3.1 转子侧变换器的LVRT实现方法从转子侧变换器来说可实现双馈式风力发电机低电压穿越（LVRT）的方法主要有3种：①基于Crowbar保护电路的实现方法；②改进DFIG的励磁控制策略；③在转子侧串联电阻。

变速恒频双馈异步风力发电系统两种低电压穿越技术摘要：随着以变速恒频（VSCF）双馈异步发电机（DFIG）为主体的大型风力发电机组在电网中所占比例的快速提高，电力系统对并网风力发电机在外部电网故障、特别是电网电压骤降故障下的不间断运行能力提出了更高的要求。

为了减小双馈风力发电系统受电网电压跌落的影响, 提出了一种改进的双馈发电机矢量控制方法。

该方法在设计转子电流控制器时考虑了定子磁链的动态变化过程, 加入了相应的前馈补偿项。

从低电压事件对双馈风电机组的影响开始说明, 提出了基于软件控制的软穿越功能和基于硬件实现LVRT 的控制方式, 并对其进行了详细的解释说明。

Overview of Two Kinds of Low Voltage Ride-Through Technologyfor Variable Speed ConstantFrequency Doubly Fed Wind Power Generation Systems Abstract As the wind power penetration from large scale wind turbines, which are based on variable speed constant frequency (VSCF) doubly fed induction generators (DFIG), has been increasing rapidly in the transmission system, the grid codes for grid connected wind turbines evolve continuously and demand that the wind power generator has to ride through the grid faults, especially the grid voltage dips, An improved vector control strategy of doubly- fed induction generator( DFIG) was proposed to reduce the impact of DFIG based wind turbine system caused by g rid voltage dips. The dynamics o f the stator flux is considered w hen designing the rotor current controller, with adding feed forward compensation terms corresponded to it. This article beg in to ex plain the influence o f LVRT for double-fed wind turbine, then put forward SRT control system method and using some hardware to achieve LVRT. T he article also ex plains two control methods in details.关键词：双馈异步发电机低电压穿越变速恒频软件控制1引言在过去的10 年中，全世界的风力发电产业以年均28%的速度快速增长，成为发展最快的可再生能源。

双馈感应风力发电机网侧变换器低电压穿越控制策略蔚兰;陈国呈;曹大鹏;吴国祥;陈宇晨【摘要】Wind turbine＇s operating condition during grid fault influences grid stability.Recently low voltage ride through（LVRT） of doubly fed induction generator（DFIG） became an important research topic.A grid side converter（GSC） LVRT control method is proposed in this paper based on GSC response characteristics during the grid symmetric fault.The method modifies the modulation voltage signal during the grid fault to control the AC input current and to stabilize the DC-link voltage. The test results prove that the GSC LVRT control method would make DC-link voltage stable and convert rotor power to the grid with a fast response.%电网故障时风力发电机的各种运行状态对电网稳定性的影响,特别是双馈发电机的低电压穿越问题已成为研究热点。

本文根据电网故障发生及排除时,双馈感应风力发电机双PWM励磁控制器中网侧变换器的响应特性,提出一种网侧变换器低电压穿越的控制策略。

该方法在电网故障发生及排除时,通过改变调制电压信号,抑制交流输入电流大幅度改变,达到稳定直流母线电压的目的。

双馈感应风力发电机低电压穿越控制策略的理论分析与实验研究蔚兰;陈宇晨;陈国呈;吴国祥【摘要】Based on an analysis of DFIG stator flux transient period during symmetric and asymmetric grid fault,its influence on DFIG rotor,the LVRT limiting condition using rotor-side converter（RSC） control strategy to achieve low voltage ride-through（LVRT） is found.A DFIG LVRT method combining the improved control strategy with hardware protect is studied when the limiting condition is not met.The method limits the stator＇s and rotor＇s over current,protects the rotor converter and provides power to the grid quickly during serious grid fault.A 3kW DFIG LVRT control experimental system is established.The experimental results prove that the LVRT control method of DFIG is effective.%分析了电网对称及非对称故障时,双馈感应风力发电机定子磁链的动态过程、电网故障过程中发电机定子磁链对转子的影响。

在此基础上,分析了单靠改进转子变换器控制策略实现发电机低电压穿越的条件,提出一种利用软硬件结合的方法实现低电压穿越的控制策略,在电网严重故障时限制了双馈感应发电机定、转子电流,保护了双馈发电机励磁变换器,实现了快速地向电网提供功率支持。

第43卷第16期电力系统保护与控制Vol.43No.16 2015年8月16日Power System Protection and Control Aug.16,2015双馈感应风力发电系统低电压穿越控制策略研究及其分析赵霞，王倩，邵彬，何美华(西南交通大学电气工程学院，四川成都610031)摘要：基于双馈感应发电机(DFIG)风力发电系统模型，通过分析电网电压跌落情况下的各种运行状况，提出在电网严重故障期间，采用Active Crowbar电路和直流侧卸荷电路保护变流器和避免直流侧电压过压。

在电网故障恢复期间，Crowbar电路的再次投入使得系统无功需求增大。

并在网侧变流器的功率容量范围内，提出一种网侧变流器无功功率的控制策略来实现对电网无功支持，以助于电网故障恢复以及加快机端电压恢复。

基于PSCAD/EMTDC 平台建立了仿真系统模型并验证了该控制策略的有效性。

该控制策略满足了风电机组并网的低电压穿越，有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。

关键词：双馈电机；电压跌落；Active Crowbar；直流侧卸荷电路；无功支持Low voltage ride through control strategy and its analysis of doubly fed induction generatorZHAO Xia,WANG Qian,SHAO Bin,HE Meihua(School of Electrical Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu610031,China)Abstract:Based on double fed induction generator(DFIG)wind power system model,by analyzing the grid voltage drop under various operational performance,this paper proposes the use of Active Crowbar Circuit and DC-chopper in order to protect the converter and avoid DC-link over-voltages during grid serious faults.Crowbar circuit being into again makes the demand of the reactive power increase during the recovery of the grid voltage;grid-side converter(GSC)in the range of power capacity,a new control strategy for GSC reactive power is proposed to achieve the reactive power support to help the recovery of the grid faults and the stator voltage.Simulation system model is built by using PSCAD/EMTDC and the validity of the proposed control strategy is proved.The control strategy meets low voltage ride through(LVRT)of DFIG,and effectively improves the reliability of the DFIG operation.Key words:DFIG;voltage dips;Active Crowbar;DC-chopper circuit;reactive support中图分类号：TM614文献标识码：A文章编号：1674-3415(2015)16-0057-080引言随着风电容量不断增加，在电网电压跌落严重的情况下，风电机组会因自保而脱网，严重时导致电网崩溃，风力发电机的低电压穿越(Low Voltage Ride Through，LVRT)能力是一个需要解决的问题。

双馈感应风力发电机低电压穿越控制策略甄佳宁;陈益广;王颖【摘要】针对双感应馈风力发电机低电压穿越问题,提出了一种新型的转子侧变流器控制策略,该控制策略采用基于定子磁链定向的矢量控制方法,对转子稳态励磁电流添加补偿量,得到新的转子电流励磁给定值,抵消了定子磁链直流分量和负序分量对转子电流的部分影响,并能够有效地抑制双馈感应发电机转子过电流,增强了双馈感应风力发电机的低电压穿越能力.Matlab仿真结果验证了该控制策略的有效性和可行性.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2013(025)005【总页数】4页(P88-91)【关键词】风力发电;双馈感应风力发电机;低电压穿越;电压骤降;转子变换器【作者】甄佳宁;陈益广;王颖【作者单位】天津大学智能电网教育部重点实验室,天津300072;天津大学智能电网教育部重点实验室,天津300072;天津经济技术开发区汉沽现代产业区总公司,天津300480【正文语种】中文【中图分类】TM614随着风力发电技术的不断发展，风力发电装机容量在不断扩大，并网风电机组对电网的影响越来越显著，诸多的风电并网问题突显出来。

电网电压跌落是电网故障中最为常见的问题之一，后果通常也最为严重。

当电网电压发生大幅度跌落故障后，如果风电机组不具备低电压穿越能力，将导致风电机组大规模解列，失去对电网电压的支撑，对电网稳定运行和电能质量产生严重影响。

为此世界上许多电网运营商均对风电机组低电压穿越能力提出了要求：当电网电压发生跌落后，风电机组必须在一定时间内与电网连接而不解列，甚至在过渡过程中为电网提供一定无功支撑以帮助电网电压快速恢复。

为了使风力发电能够实现大规模并网，风力发电机必须具备一定的低电压穿越能力[1]。

双馈感应风力发电机DFIG（doubly fed induction generator）具有变流器容量较小、有功和无功可独立解耦控制等特点，目前在兆瓦级风电机组中得到了广泛研究和应用[2～7]。

基金项目：教育部科学技术研究重点项目（210037）；内蒙古自然科学基金重大项目（200711020801）定稿日期：2011-06-16作者简介：刘峰（1985-），男，山东东平人，硕士研究生，研究方向为风力发电。

1引言风能作为一种可替代的清洁型能源，其开发利用越来越受到重视。

随着风力发电系统对电网影响的日趋增大，各国纷纷制定了针对大型风力发电机的并网运行标准[1]。

为防止扩大电网故障，电力系统要求风力发电机组具备一定LVRT 能力。

目前，以DFIG 为主的风力发电机组仍占据风力发电装机容量的主导地位，研究DFIG 在电网故障情况下的LVRT 能力是目前一个热点[2]。

针对电网电压跌落幅值的大小，DFIG 的运行控制有不同方案[3-5]。

为了对DFIG 进行合理控制并确立有效的控制模型，在此首先建立同步旋转坐标系下DFIG 的精确模型，以此为基础分析了DFIG LVRT 控制策略。

通过应用PSCAD/EMTDC对1台2MW DFIG 风力发电系统控制方案改进前后的运行进行仿真，验证了仿真模型的正确性和改进方案的可行性。

2DFIG 数学模型同步旋转坐标系下定、转子电压和磁链方程：u d s =-R s i d s-p Ψd s+ω1Ψq s，u q s =-R s i q s -p Ψq s -ω1Ψd su d r=R r i d r+p Ψd r-ωsΨq r，u q r =R r i q r +p Ψq r +ωs Ψd r!（1）式中：u d s ，u q s ，u d r ，u q r 分别为定、转子电压的d ，q 轴分量；i d s ，i q s ，i d r ，i q r 分别为定、转子电流的d ，q 轴分量；ωs 为转差电角速度，ωs =ω1－ωr 。

Ψd s =L s i d s -L m i d r ，Ψq s =L s i q s -L m i q rΨd r =-L m i d s +L r i d r ，Ψq r =-L m i q s +L r i q r!（2）式中：Ψd s ，Ψq s ，Ψd r ，Ψq r 为定、转子磁链的d ，q 轴分量；L m ，L s ，L r 分别为d ，q 坐标系同轴等效定、转子绕组间的互感、定子绕组的自感、转子绕组的自感。