29、双馈感应发电机风力涡轮机低电压穿越与网络控制系统建模分析

双馈感应发电机风力涡轮机低电压穿越与网络控制系统建模分析

1 双馈感应发电机风力涡轮机低电压穿越分析

1.1 背景与问题提出

随着风力发电技术的发展和风电容量的增加，大型风电场并网面临挑战。当电网出现故障时，传统风电机组可能因自身保护而脱网，严重影响电力系统运行稳定性。新的电网规则要求风电机组具备低电压穿越能力，以保障电力系统的安全稳定。

目前，有许多关于正常电压下双馈感应发电机（DFIG）风电系统数学模型和控制策略的研究，但针对电网电压对称跌落和不对称故障下的控制策略研究相对较少。例如，在实际电网中，不平衡负载、单相或两相接地短路等不对称故障会导致电网电压不对称。虽然有研究提出使用两个 PI 电流调节器分别控制转子电流的正序和负序分量，但给定的正序和负序电流参考为矩阵形式，在基于数字信号处理器（DSP）的数字实现中存在困难。

1.2 双馈感应风力涡轮机原理

双馈风力发电机基于绕线转子异步感应电机，在转子滑环与定子之间连接四象限变流器和控制系统。定子绕组直接与电网相连，转子绕组通过变流器提供励磁源，变流器可调节励磁源的频率、相位和幅值，以保持输出频率恒定。同时，通过改变励磁电流的大小和相位，可独立调节有功功率和无功功率。

1.3 双馈感应风力涡轮机数学模型

DFIG 的模型建立在以速度 ω1 旋转的 M - T 坐标系中，包含以下方程：
- 定子电压方程和转子电压方程 ：
- 定子电压方程：
[
\begin{cases}
u_{Ms} = -R_si_{Ms} - p\psi_{Ms} + \omeg