摘要

隨著自然環境的不斷惡化和不可再生能源的過度消耗，人類面臨環境污染和能源危機等重大難題，因此清潔與可再生能源的發展備受矚目。風能作為應用最廣的可再生能源之一，受到越來越廣泛的關注。近年來，風力發電在電力能源中所占的比重越來越大，對電網的影響也日益顯現。為此，各國都制定了相應的并網準則，其中之一就是低電壓穿越要求（LVRT），即在電網電壓發生一定跌落的故障下，保持風機不脫網運行，并為電網提供一定的無功支撐。雙饋感應發電機（DFIG）所需的變流器容量小，可實現有功、無功獨立調節，是風力發電的主流機型。然而，由于雙饋風機定子與電網直接相連，易受電網電壓波動的影響，在嚴重故障下的LVRT性能很不理想。

現有的LVRT方案主要分為輕微故障下改進變流器控制策略和嚴重故障下增加硬件兩種方式。增加硬件主要是在轉子側投入Crowbar電阻泄能，并封鎖變流器。Crowbar電阻的投入會導致轉矩脈動并吸收無功，并且不合適的切除時刻會導致更嚴重的暫態過程。而改進勵磁控制策略無需增加額外的硬件，在故障期間可以對暫態過程進行一定控制，減小電磁振蕩和轉矩脈動。現有的改進勵磁控制策略一般需要磁鏈的準確觀測和相序的快速分離，不易實現，并且存在較大的轉矩脈動。

本文從故障下的暫態過程入手，分析了過電壓、過電流的機理，并從轉子側端口等效阻抗的角度，根據端口的電壓電流特性將轉子側變流器（RSC）等效成一個阻抗。本文分析了現有的低電壓穿越控制策略在電氣特性方面的統一性，并從物理原理方面簡單解釋了其作用機理，從而歸納出評判某種控制策略可行性的標準。根據對轉子電流需求的深入分析和楞次定律的理解，提出一種反向電流跟蹤控制策略，并給出合理的參數選取原則。該策略具有明確的物理意義，控制結構簡單，而且理論上能消除轉矩脈動。

反向電流跟蹤控制策略的效果在MATLAB/Simulink中進行了仿真驗證。最后本文設計搭建了一套10kW雙饋風力發電系統，并配備一臺電網電壓跌落故障發生器，通過電網故障實驗驗證了本文所提出的低電壓穿越控制策略的有效性。該策略具有以下特點：

（1）結構簡單，原理清晰。

（2）控制策略易于切換。

（3）有效抑制轉矩脈動。

在深度故障下，保持不脫網運行和向電網發出無功是相互矛盾的。因此，需要考慮何時改變控制目標，在度過最嚴重的暫態過程后為電網提供無功支撐。

關鍵詞：雙饋異步發電機；低電壓穿越；楞次定律；反向電流跟蹤