摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)與科技的快速發(fā)展，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展速度不斷提升，而關(guān)于風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)研究也在這一實(shí)踐的支持下得以更加深入，電網(wǎng)電壓驟升帶來(lái)的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行威脅問(wèn)題正是由此受到了業(yè)界的廣泛重視，為此本文基于電網(wǎng)電壓驟升故障下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)變阻尼的控制策略展開(kāi)了具體研究，希望這一研究能夠?yàn)槲覈?guó)風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的更好發(fā)展帶來(lái)一定啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)電壓驟升故障；雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)；變阻尼控制；低電壓穿越（LVRT）技術(shù)

前言：在我國(guó)當(dāng)下的風(fēng)電發(fā)電領(lǐng)域研究中，電網(wǎng)電壓跌落帶來(lái)的風(fēng)電機(jī)組影響向來(lái)是這一領(lǐng)域研究的熱門，關(guān)于電網(wǎng)電壓驟升帶來(lái)的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行威脅問(wèn)題收到的關(guān)注較之也相差甚遠(yuǎn)，但事實(shí)上這一故障問(wèn)題的出現(xiàn)往往會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組的脫網(wǎng)，而為了避免這一故障所引發(fā)的嚴(yán)重后果出現(xiàn)，本文就風(fēng)機(jī)變流器轉(zhuǎn)子側(cè)有源阻尼的控制策略進(jìn)行了深入研究，并提出了變阻尼的改進(jìn)控制方案，希望能夠由此實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓驟升故障所引發(fā)的轉(zhuǎn)子過(guò)電流抑制，這對(duì)于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的HVRT性能提升也將帶來(lái)較為積極的影響。

1.電網(wǎng)電壓驟升時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG）暫態(tài)過(guò)程分析

為了能夠較為深入完成本文基于電網(wǎng)電壓驟升故障下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)變阻尼控制策略展開(kāi)的研究中，我們首先需要進(jìn)行電網(wǎng)電壓驟升時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)暫態(tài)過(guò)程分析，這一分析需要通過(guò)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)暫態(tài)建模實(shí)現(xiàn)。

在雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)暫態(tài)建模中，筆者將雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)參數(shù)歸算到定子側(cè)，而結(jié)合由此得出的圖1所示雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)等效電路我們不難發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)慣例的采用使得我們能夠在電機(jī)磁路線性條件下得出轉(zhuǎn)子磁鏈即 ，這一轉(zhuǎn)子磁鏈中的R、L、Lm、 、V、i、s、

r分別代表電阻、電感、互感、磁鏈?zhǔn)噶俊㈦妷菏噶?、電流矢量、定子、轉(zhuǎn)子[1]。

圖1雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)等效電路

而結(jié)合轉(zhuǎn)子磁鏈進(jìn)行進(jìn)一步分析，我們就能夠得出發(fā)電機(jī)暫態(tài)電感

、轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì) ，這一公式中的ω指的是電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度，最終我們就能夠得出穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)，即 [2]。

不過(guò)由于剛剛得到的這一穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)是在轉(zhuǎn)子開(kāi)路的情況下轉(zhuǎn)子電壓表達(dá)式，如果將在變流器驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子時(shí)，轉(zhuǎn)子電壓則會(huì)表現(xiàn)為

，而考慮到兆瓦級(jí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻和暫態(tài)電感較小，在本文就電網(wǎng)電壓驟升時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)暫態(tài)過(guò)程分析環(huán)節(jié)的研究中，筆者忽略了轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的電壓降，而由此我們就能夠最終得出電網(wǎng)電壓驟升過(guò)程中定子磁鏈方程，即

。結(jié)合這一定子磁鏈方程我們不難發(fā)現(xiàn)，電網(wǎng)電壓驟升時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)暫態(tài)過(guò)程以同步角速度ω旋轉(zhuǎn)，而自然磁鏈這一瞬態(tài)分量則存在幅值衰減且不旋轉(zhuǎn)的特點(diǎn)[3]。

2.基于阻尼的高電壓穿越（HVRT）控制

在完成電網(wǎng)電壓驟升時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)暫態(tài)過(guò)程分析后，我們就可以真正進(jìn)行本文研究的核心，基于電網(wǎng)電壓驟升故障下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)變阻尼控制策略的論述，這一論述主要是為了抑制高電壓穿越過(guò)程中雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的震蕩與發(fā)電系統(tǒng)所受到的沖擊，而為了真正實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，筆者就雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、無(wú)源阻尼控制、有源阻尼控制展開(kāi)了，最終得出了變阻尼控制策略[4]。

2.1雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

在雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中，考慮到雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子磁鏈為狀態(tài)變量，筆者得出了雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子磁鏈的特征方程，即

，結(jié)合這一特征方程我們就能夠進(jìn)行具體的自然振蕩頻率ωn、阻尼系數(shù) 的表述，即

考慮到兆瓦級(jí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子電阻較小，由此我們可以斷定兆瓦級(jí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)具備欠阻尼特性，這一特性就使得兆瓦級(jí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)電壓驟升時(shí)更容易出現(xiàn)震蕩問(wèn)題，而想要較好降低電網(wǎng)電壓驟升時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)所受到的影響，增加系統(tǒng)阻尼的控制方案就顯得很有必要[5]。

2.2無(wú)源阻尼控制

在增加系統(tǒng)阻尼的控制方案中，無(wú)源阻尼控制是這一方案實(shí)現(xiàn)的重要思路，這一組成部分對(duì)于電網(wǎng)電壓驟升時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)因轉(zhuǎn)子感應(yīng)出反電動(dòng)勢(shì)而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子過(guò)電流問(wèn)題出現(xiàn)有著較好的抑制效用。而在具體的無(wú)源阻尼控制引入中，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)串入動(dòng)態(tài)電阻就是引入無(wú)源阻尼控制的最簡(jiǎn)單方法，電網(wǎng)電壓驟升時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子過(guò)電流問(wèn)題能夠早這一簡(jiǎn)單方法作用下得到較好解決，不過(guò)在筆者的深入分析中發(fā)現(xiàn)，由于這一無(wú)源阻尼控制的引入減小了轉(zhuǎn)子回路的時(shí)間常數(shù)，這就使得實(shí)際動(dòng)態(tài)電阻的設(shè)計(jì)往往會(huì)面臨著較為復(fù)雜的難題，系統(tǒng)本身的損耗也會(huì)由此加大，由此可見(jiàn)引入無(wú)源阻尼控制并不是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓驟升時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)電流問(wèn)題抑制的最好方法[6]。

2.3有源阻尼控制

由于引入無(wú)源阻尼控制的增加系統(tǒng)阻尼的控制方案方法存在較多方面的不足，我們就有必要進(jìn)行有源阻尼空知這一增加系統(tǒng)阻尼控制方案的深入分析，而考慮到無(wú)源阻尼控制出現(xiàn)的實(shí)際動(dòng)態(tài)電阻設(shè)計(jì)問(wèn)題與系統(tǒng)損耗問(wèn)題，筆者設(shè)計(jì)了如圖2所示基于虛擬電阻的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)有源控制策略結(jié)構(gòu)圖，圖中所示的Ra、SVPWM分別代表虛擬電阻與空間矢量脈寬調(diào)制。

圖2基于虛擬電阻的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)有源控制策略結(jié)構(gòu)圖

結(jié)合圖2我們能夠較為直觀了解引入有源阻尼控制實(shí)現(xiàn)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)電流問(wèn)題抑制的思路，而這一思路的進(jìn)一步深入就能夠得到引入有源阻尼控制的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)電流內(nèi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖，圖3對(duì)這一結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行了較為直觀的展示，而為了便于進(jìn)行有源阻尼控制引入的思路分析，筆者通過(guò)公式 對(duì)這一思路進(jìn)行了表達(dá)，而考慮到雙

饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)主電路功率器件開(kāi)關(guān)頻率較高，筆者通過(guò)進(jìn)一步分析得出了 這一雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)電流內(nèi)環(huán)被控對(duì)象傳

遞函數(shù)，而通過(guò)調(diào)節(jié)虛擬電阻Ra的大小就能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)改變，電網(wǎng)電壓驟升故障下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)所出現(xiàn)的轉(zhuǎn)子過(guò)電流問(wèn)題抑制的實(shí)現(xiàn)就將由此獲得有力支持[7]。

圖3引入有源阻尼控制的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)電流內(nèi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖

2.4變阻尼控制策略

結(jié)合上文內(nèi)容我們能夠較為直觀了解基于電網(wǎng)電壓驟升故障下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)變阻尼控制策略的思路，而考慮到無(wú)源阻尼控制的引入存在諸多不足，筆者確定了基于虛擬電阻的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)有源控制策略，這一策略通過(guò)提升雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)阻尼較好實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)增加，源自電網(wǎng)電壓驟升的轉(zhuǎn)子電流與電磁轉(zhuǎn)矩都能夠在虛擬電阻的增加中得到較好抑制，為此我們必須做好虛擬電阻的選擇，這樣才能夠保證轉(zhuǎn)子電壓盡可能處于正常狀態(tài)，暫態(tài)時(shí)間也才能夠在變阻尼控制策略應(yīng)用中得到較好的控制。

3.仿真分析

為了驗(yàn)證本文所研究的電網(wǎng)電壓驟升故障下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)變阻尼控制策略的實(shí)用性，筆者選擇了2MW雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)參數(shù)為例開(kāi)展了仿真研究，這一研究中筆者將定子額定電壓、定子額定電流、轉(zhuǎn)子開(kāi)路電壓、轉(zhuǎn)子額定電流分別設(shè)置為690V、1.4kA、2kV、550A，而轉(zhuǎn)子繞組電阻、互感、定子自感、定子繞組電阻、極對(duì)數(shù)則設(shè)置成了0.0041Ω、0.0123H、0.0125H、0.0043Ω、2。結(jié)合這一系列數(shù)據(jù)，筆者開(kāi)展了具體的仿真分析，而通過(guò)這一仿真分析筆者得出了虛擬電阻的增加會(huì)直接提升系統(tǒng)抑制雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流振蕩的能力，且超同步運(yùn)行會(huì)造成最大的轉(zhuǎn)子電流振蕩幅度。

結(jié)論：在本文就基于電網(wǎng)電壓驟升故障下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)變阻尼的控制策略展開(kāi)的研究中，筆者詳細(xì)論述了電網(wǎng)電壓驟升時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)暫態(tài)過(guò)程分析、基于阻尼的高電壓穿越控制、仿真分析等內(nèi)容，而結(jié)合這一系列內(nèi)容我們就能夠較為直觀了解到將有源阻尼控制引入雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁控制過(guò)程的重要性，而經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證，我們能夠較為直觀認(rèn)識(shí)到有源阻尼控制引入雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁控制所能夠?qū)崿F(xiàn)的電網(wǎng)電壓驟升故障應(yīng)對(duì)，這對(duì)于雙饋感應(yīng)發(fā)電系統(tǒng)的整體控制能力提升將帶來(lái)較為積極的影響，希望我國(guó)風(fēng)電事業(yè)的更好發(fā)展也能夠從中得到一定啟發(fā)。

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作者簡(jiǎn)介：

程亮（1972年）男，河北邯鄲，漢，助理工程師，大專，從事風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)管理工作。