DFIG 面对电网电压骤降的瞬态特性

图4-28为变速恒频DFIG风力发电系统原理图。由图4-28可见，DFIG的定子通过定子并网开关和功率开关连接到电网上，其中并网开关实现DFIG正常运行情况下的并网和脱网操作，功率开关实现电网故障下DFIG的紧急切除。转子侧快速短接保护装置（Crowbar）用作旁路转子侧变换器（Rotor Side Converter，RSC），为电网电压故障引发的转子过电流提供释放通路。

由于故障瞬间磁链不能突变，定子磁链中将感应出直流分量，而大型DFIG的定子、转子漏感一般很小（约0.1pu），使得建立一定大小定子直流磁链的定子、转子短路电流很大（约5～10倍额定电流），对定子、转子绕组和励磁变频器产生极大的危害。

此外，从能量守恒的角度考虑，电网电压骤降会使DFIG产生的电能不能全部送出，而风力机吸收的风能又不会明显变化，因此这部分未能输出的能量将消耗在机组内部。首先，定子电压骤降将引起定子电流增大，由于定子、转子之间的强耦合，使得转子侧也感应出过电流和过电压。再考虑到大电流会导致电机铁芯饱和、电抗减小，使定子、转子电流进一步增大。而且，定子、转子电流的大幅波动会造成DFIG电磁转矩的剧烈变化，对风力发电机组机械系统产生很大的扭切应力冲击。转子能量流经RSC之后，一部分被网侧变换器（Grid Side Converter，GSC）传递到电网，剩下的给直流电容充电，导致直流母线电压的快速升高。如果不及时采取保护措施，仅靠定子、转子绕组自身漏阻抗不足以抑制浪涌电流，过大的电流和电压将导致励磁变频器、定子和转子绕组绝缘以及直流母线电容的损坏。

图4-28　变速恒频DFIG风力发电系统示意图

根据上述电网电压骤降故障对DFIG风力发电系统影响的分析以及对相关电网规范的要求，可将DFIG低电压穿越运行的控制目标归结为：(www.xing528.com)

（1）保持电网故障期间不脱网运行，以防发电机从电网解列引发弱电网更大的后继故障。

（2）连续、稳定地提供无功功率以协助电网电压恢复，减小电网电压崩溃的可能。

（3）释放剩余能量，抑制故障电流，保护励磁变频器和直流母线电容的安全。

（4）保持电磁转矩瞬态幅值在转轴和齿轮可承受范围之内（约2～2.5倍额定转矩）。

（5）延缓DFIG转速上升，防止飞车。

当今电网规范要求风力发电系统的低电压穿越能力不能低于被它取代的传统发电方式，所以各国的风电设备生产商以及相关科研机构都对风电设备的故障运行进行了大量研究，并提出了各种LVRT技术。