計(jì)及定子勵(lì)磁電流變化的永磁雙饋發(fā)電機(jī)零轉(zhuǎn)矩控制策略

刁統(tǒng)山 王秀和

（山東大學(xué)電氣工程學(xué)院 濟(jì)南 250061）

1 引言

近年來(lái)，隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的容量迅速增大。永磁式直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用永磁體建立磁場(chǎng)，無(wú)需外部提供勵(lì)磁電源，提高了效率和工作可靠性，并具有較好的低電壓穿越能力，但需要全功率變換器實(shí)現(xiàn)恒頻恒壓輸出，且電機(jī)體積大、制造成本高。雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)（DFIG）使用變流器進(jìn)行勵(lì)磁，具有變速恒頻運(yùn)行的特點(diǎn)，但需要電網(wǎng)提供無(wú)功電流，且低電壓穿越能力較差[1-3]。

隨著風(fēng)力發(fā)電在電網(wǎng)中所占比重的增大，提高發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)嚴(yán)重跌落故障的情況下不間斷運(yùn)行的能力，顯得越來(lái)越重要。本文在籠型永磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)研究的基礎(chǔ)上[4-6]，結(jié)合永磁發(fā)電機(jī)與雙饋發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種新結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)，即永磁雙饋發(fā)電（Permanent Magnetic Doubly Fed Induction Generator,PMDFIG）。該電機(jī)的定子與常規(guī)感應(yīng)電機(jī)相同，但有兩個(gè)轉(zhuǎn)子:一個(gè)是繞線(xiàn)式外轉(zhuǎn)子；一個(gè)是可自由旋轉(zhuǎn)的永磁式內(nèi)轉(zhuǎn)子。提出的永磁雙饋發(fā)電機(jī)由于永磁轉(zhuǎn)子的存在，與普通雙饋發(fā)電機(jī)相比，可以減小勵(lì)磁電流，提高電機(jī)功率密度和效率。該電機(jī)是將籠型永磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)的籠型轉(zhuǎn)子變?yōu)槔@線(xiàn)式轉(zhuǎn)子，并對(duì)電機(jī)實(shí)行雙饋式控制。PMDFIG 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 永磁雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic rotor diagram of the PMDFIG

在普通雙饋電機(jī)低電壓穿越運(yùn)行的研究中，主要有以下幾種方法應(yīng)對(duì)電網(wǎng)電壓嚴(yán)重驟降故障，文獻(xiàn)[7,8]采用Crowbar 控制方式。Crowbar 控制即通常意義上的轉(zhuǎn)子短路保護(hù)技術(shù)，目的在于當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)電壓跌落時(shí)，立刻投入轉(zhuǎn)子回路旁路保護(hù)裝置，為轉(zhuǎn)子側(cè)電路提供旁路，達(dá)到限制通過(guò)勵(lì)磁變流器的電流和轉(zhuǎn)子繞組過(guò)電壓的作用，以此來(lái)維持雙饋電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行。文獻(xiàn)[9,10]提出了一種適用于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)電網(wǎng)電壓定向矢量控制的滅磁控制方法。由于風(fēng)電機(jī)組定子電阻很小，定子磁鏈的暫態(tài)分量衰減速度較慢，要采取相應(yīng)的措施來(lái)加快定子側(cè)磁鏈直流分量的衰減。因此可以在轉(zhuǎn)子側(cè)變換器采取相應(yīng)的控制策略來(lái)對(duì)定子磁鏈的直流分量進(jìn)行滅磁控制，來(lái)減小電網(wǎng)電壓突變對(duì)機(jī)組產(chǎn)生的負(fù)面影響。文獻(xiàn)[11]提出了一種基于能量控制的策略，該策略在電網(wǎng)電壓驟降時(shí)通過(guò)限制電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的方式，減少故障期間風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，抑制電網(wǎng)電壓驟降期間雙饋電機(jī)的過(guò)電流。

本文從永磁雙饋發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，構(gòu)建該發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型。提出了永磁雙饋發(fā)電機(jī)計(jì)及定子勵(lì)磁電流變化的零轉(zhuǎn)矩控制策略，依據(jù)低電壓運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，在電網(wǎng)三相完全短路以及電網(wǎng)電壓驟降為0.15pu 兩種嚴(yán)重故障的情況下，對(duì)永磁雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了Crowbar 控制和計(jì)及定子勵(lì)磁電流變化的零轉(zhuǎn)矩控制方式的對(duì)比仿真分析。仿真驗(yàn)證了零轉(zhuǎn)矩控制結(jié)合計(jì)及定子勵(lì)磁電流變化的矢量控制方式具有更好的控制效果。

2 永磁雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型

永磁雙饋電機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子為永磁轉(zhuǎn)子，外轉(zhuǎn)子為繞線(xiàn)式轉(zhuǎn)子。電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由風(fēng)機(jī)拖動(dòng)繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，定子中將感應(yīng)出同步旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將拖動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。從電機(jī)的運(yùn)行原理看，相當(dāng)于在普通雙饋電機(jī)的基礎(chǔ)上，增加了內(nèi)部同步速旋轉(zhuǎn)的永磁磁場(chǎng)。

為了分析方便，做如下假定:電機(jī)各相繞組對(duì)稱(chēng)，磁路線(xiàn)性，不計(jì)飽和影響，忽略齒槽影響，不計(jì)鐵心損耗。取定子各電磁量的正方向符合發(fā)電機(jī)法則，轉(zhuǎn)子各電磁量的正方向符合電動(dòng)機(jī)法則，采用dq0 坐標(biāo)系。由以上分析，永磁雙饋電機(jī)僅僅是在轉(zhuǎn)子內(nèi)增加一個(gè)同步旋轉(zhuǎn)的永磁轉(zhuǎn)子，即從數(shù)學(xué)模型的角度來(lái)看，其電壓方程應(yīng)該與普通雙饋電機(jī)電壓方程一致。則永磁雙饋發(fā)電機(jī)的電壓矢量方程為

式中 us，ur——定轉(zhuǎn)子電壓矢量;

is，ir——定轉(zhuǎn)子電流矢量；

Rs，Rr——定轉(zhuǎn)子電阻；

ψs，ψr——定轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶浚?/p>

p——微分算子，p=d/dt；

ωs1——滑差電角度，ωs1=ωs-ωr；

其中 ωs，ωr——同步角速度和轉(zhuǎn)子角速度。

永磁雙饋電機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子是個(gè)永磁同步轉(zhuǎn)子，其外轉(zhuǎn)子為繞線(xiàn)異步轉(zhuǎn)子。內(nèi)部的永磁同步轉(zhuǎn)子，相當(dāng)于在外氣隙中增加了一個(gè)同步速的磁鏈，電機(jī)的主磁鏈絕大部分將穿過(guò)繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子，進(jìn)入定子軛部，這一現(xiàn)象在永磁雙饋電機(jī)電磁場(chǎng)有限元計(jì)算中也得到了驗(yàn)證，如圖2 所示。永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁通在定轉(zhuǎn)子中有漏磁，根據(jù)有限元的計(jì)算，該部分漏磁很小，在工程上是可以忽略的。這種忽略繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子中的漏磁建立起來(lái)的數(shù)學(xué)模型得到了簡(jiǎn)化，有利于電機(jī)模型的建立和簡(jiǎn)化電機(jī)的控制。因此，在考慮數(shù)學(xué)模型時(shí)，本文建立的定轉(zhuǎn)子繞組磁鏈方程采用相同的永磁磁鏈。

圖2 永磁雙饋電機(jī)磁力線(xiàn)分布圖Fig.2 Flux distribution of PMDFIG

忽略永磁轉(zhuǎn)子漏磁建立的永磁雙饋電機(jī)磁鏈?zhǔn)噶糠匠淌綖?/p>

式中 Ls——定子全自感；

Lm——定轉(zhuǎn)子之間的互感；

Lr——轉(zhuǎn)子全自感；

ψf——永磁磁鏈。

定義等效定子勵(lì)磁電流imo為

Lm/Ls≈1，由式（2）和式（3）可得轉(zhuǎn)子磁鏈為

將式（3）和式（4）代入式（1）得

由式（5）可得

將式（6）代入式（5）中，可得轉(zhuǎn)子電壓方程為

永磁雙饋電機(jī)采用基于定子電壓定向的矢量控制策略，d 軸電壓等于電網(wǎng)電壓，即usd=us，則定子q 軸電壓為零，即usq=0。式（7）可以整理為

永磁雙饋電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為

繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩平衡方程為

式中 J——電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；

Ωr——電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度；

TL——發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩可通過(guò)變槳距控制進(jìn)行調(diào)節(jié)。

當(dāng)電網(wǎng)電壓恒定時(shí)，電機(jī)定子電壓和定子磁鏈恒定，定子電流的勵(lì)磁分量也不變，dimo/dt=0。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，電壓us和磁鏈ψs是變化的，定子電流的勵(lì)磁分量也發(fā)生變化，dimo/dt≠0。上述模型計(jì)及定子勵(lì)磁電流的變化，可以減小故障期間轉(zhuǎn)子電流的波動(dòng)，防止故障時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的過(guò)電流。式（1）、式（2）、式（8）、式（10）和式（11）構(gòu)成了永磁雙饋發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型。

3 電網(wǎng)嚴(yán)重故障狀態(tài)下永磁雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制策略

上述計(jì)及定子勵(lì)磁電流變化的永磁雙饋發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)模型在電網(wǎng)電壓小幅驟降情況下可以獲得較好的控制效果。但是，電網(wǎng)電壓大幅跌落情況下，必須采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

電網(wǎng)電壓嚴(yán)重跌落情況下，永磁雙饋發(fā)電機(jī)也可采用普通雙饋發(fā)電機(jī)中采用的Crowbar 控制，圖3 為PMDFIG 的Crowbar 控制原理。虛線(xiàn)框中部分為Crowbar 控制電路。當(dāng)電網(wǎng)電壓驟降而引起轉(zhuǎn)子側(cè)電流增大時(shí)，晶閘管導(dǎo)通，同時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器停止工作。繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子三相短接，從而抑制轉(zhuǎn)子電流的沖擊。Crowbar 控制在應(yīng)對(duì)電網(wǎng)電壓驟降故障時(shí)具有非常好的效果，但增加了硬件成本，也增加了整個(gè)裝置的體積、重量；同時(shí)，Crowbar 旁路電阻的選取、旁路電阻接入和切除的時(shí)間控制等問(wèn)題都沒(méi)有得到很好解決。

圖3 永磁雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)Crowbar 控制Fig.3 Crowbar control diagram of the PMDFIG wind energy generation system

為了降低發(fā)電系統(tǒng)的成本，又能提高低電壓穿越能力，永磁雙饋發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)電壓嚴(yán)重跌落時(shí)，在計(jì)及定子勵(lì)磁電流變化的矢量控制策略基礎(chǔ)上，提出了零轉(zhuǎn)矩控制策略，變換器控制系統(tǒng)通過(guò)限制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的方式控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加速運(yùn)行，將由電網(wǎng)電壓驟降引起的風(fēng)電機(jī)組中的不平衡能量轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的動(dòng)能，從而減小發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子回路中的過(guò)電流，這種控制方式能夠?qū)㈦娋W(wǎng)電壓嚴(yán)重驟降時(shí)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能，而在電網(wǎng)電壓故障解除后，將此部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茌敵?。從而有利于電網(wǎng)電壓的快速恢復(fù)，滿(mǎn)足低電壓穿越運(yùn)行要求。

在電網(wǎng)電壓正常和電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常的過(guò)程中，采用計(jì)及定子勵(lì)磁電流變化的定子電壓定向矢量控制。變換器控制系統(tǒng)通過(guò)給定電機(jī)輸出有功功率與無(wú)功功率，對(duì)二者進(jìn)行PI 調(diào)節(jié)控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的有功功率與功率因數(shù)的控制。PMDFIG 在電壓嚴(yán)重跌落時(shí)計(jì)及定子勵(lì)磁電流變化的零轉(zhuǎn)矩控制原理如圖4 所示。當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到電網(wǎng)電壓嚴(yán)重跌落時(shí)，變換器控制系統(tǒng)將發(fā)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩強(qiáng)制為零，從而把來(lái)自風(fēng)力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，當(dāng)電網(wǎng)故障解除時(shí)，再將旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能回饋到系統(tǒng)中。

網(wǎng)側(cè)變換器的控制采用常規(guī)的矢量控制方式，網(wǎng)側(cè)變換器控制框圖如圖5 所示[12,13]。采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)控制，電壓外環(huán)主要作用是控制整流器直流側(cè)電壓穩(wěn)定，而電流內(nèi)環(huán)的主要作用是按電壓外環(huán)輸出的電流指令進(jìn)行電流控制。

圖4 計(jì)及定子勵(lì)磁電流變化的零轉(zhuǎn)矩控制框圖Fig.4 Diagram of zero torque control strategy considering stator excitation current

圖5 網(wǎng)側(cè)變換器控制框圖Fig.5 Control diagram of the grid side converter

4 永磁雙饋發(fā)電機(jī)低電壓穿越仿真分析

為了驗(yàn)證新型永磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在Crowbar控制和計(jì)及定子勵(lì)磁電流變化的零轉(zhuǎn)矩控制策略的有效性，依據(jù)低電壓穿越運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，分別研究了永磁雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)三相完全短路以及電網(wǎng)電壓驟降為0.15pu 兩種嚴(yán)重故障情況下低電壓穿越能力。

4.1 低電壓穿越運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)

圖6 為愛(ài)爾蘭在2004 年公布的電網(wǎng)規(guī)范。其中規(guī)定當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓在實(shí)線(xiàn)以上范圍內(nèi)時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須維持與電網(wǎng)的連接。當(dāng)電網(wǎng)三相完全短路時(shí)，要求發(fā)電機(jī)保持與電網(wǎng)連接時(shí)間持續(xù)為125ms；當(dāng)電網(wǎng)三相電壓由1.0pu 跌落至0.15pu 時(shí)，要求發(fā)電機(jī)保持與電網(wǎng)連接時(shí)間持續(xù)為625ms。當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)時(shí)，要求發(fā)電機(jī)必須在1s 內(nèi)快速恢復(fù)到正常的工作電壓[14-16]。

圖6 低電壓穿越運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)Fig.6 Ride through standard of wind power generator

4.2 電網(wǎng)三相完全短路故障低電壓穿越運(yùn)行仿真

為了驗(yàn)證永磁雙饋發(fā)電機(jī)Crowbar 控制和零轉(zhuǎn)矩控制策略的有效性，建立了電網(wǎng)電壓驟降故障情況下PMDFIG 的仿真模型，PMDFIG 仿真參數(shù)是根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)的1.5MW 電機(jī)的有限元分析得到的，仿真具體參數(shù)如下:額定功率1.5MW,定子額定電壓690V，額定頻率50Hz，機(jī)組慣性常數(shù)0.94s，定子電阻0.01pu（圖7、圖8 均為標(biāo)幺值），轉(zhuǎn)子電阻0.009pu，定子漏感0.171pu,轉(zhuǎn)子漏感0.156pu，定轉(zhuǎn)子互感2.9pu，極對(duì)數(shù)3，定轉(zhuǎn)子匝數(shù)比為0.38，永磁磁鏈0.5pu，Crowbar 旁路電阻0.8pu。

仿真模型中，電網(wǎng)故障期間轉(zhuǎn)子側(cè)變換器分別采用提出的零轉(zhuǎn)矩控制方式和傳統(tǒng)的Crowbar 控制方式進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證零轉(zhuǎn)矩控制方式的有效性。

電網(wǎng)三相完全短路故障時(shí)，零轉(zhuǎn)矩控制方式與Crowbar 控制方式仿真對(duì)比結(jié)果如圖7 所示。電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速為1.2pu。圖7a 中，1s 時(shí)發(fā)生三相完全短路故障，電網(wǎng)電壓由1pu 變?yōu)?；1.125s時(shí)，電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常。

圖7 電網(wǎng)三相短路時(shí)零轉(zhuǎn)矩控制方式與Crowbar 控制方式仿真對(duì)比Fig.7 Comparison of the responses between the traditional Crowbar and the zero-torque control under three phase short circuit

圖7b 為直流母線(xiàn)電壓波形，可以看到網(wǎng)側(cè)變換器采用傳統(tǒng)的矢量控制方式，能夠有效的抑制直流母線(xiàn)電壓的波動(dòng)。在常規(guī)的Crowbar 控制方式中，母線(xiàn)電壓可以升高到1.242pu，而本文所采用的方法，可以將直流母線(xiàn)電壓的波動(dòng)限制在1.235pu 內(nèi)。

由圖7c、7d 可以看出，零轉(zhuǎn)矩控制方式能夠有效的抑制有功功率與無(wú)功功率的波動(dòng)，同時(shí)保證有功功率與無(wú)功功率維持在給定值附近。在抑制波動(dòng)方面，其性能也優(yōu)于Crowbar 控制。

由圖7e 可以看出，采用零轉(zhuǎn)矩控制方式，在電網(wǎng)電壓嚴(yán)重驟降的情況下，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速波動(dòng)大于Crowbar 控制。這正是零轉(zhuǎn)矩控制思想的核心體現(xiàn)。零轉(zhuǎn)矩控制即是將電網(wǎng)電壓驟降瞬間的電機(jī)能量轉(zhuǎn)化為電機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)能，因此其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升必然大于Crowbar 控制。由圖中可以看到，零轉(zhuǎn)矩控制時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升峰值為1.218pu。

由圖7f、7g 可以看出，零轉(zhuǎn)矩控制方式可以減小電壓驟降時(shí)的定子電流，定子電流值要小于Crowbar 控制方式時(shí)的電流值，從而能夠有效的抑制定子電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

由圖7h、7i 可以看出零轉(zhuǎn)矩控制可以有效控制電壓嚴(yán)重驟降時(shí)轉(zhuǎn)子電流波動(dòng)，其電流小于Crowbar 控制方式的沖擊電流，這在實(shí)際運(yùn)行時(shí)能夠有效防止故障時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器過(guò)電流。

4.3 長(zhǎng)時(shí)間電壓跌落低電壓穿越運(yùn)行仿真

電網(wǎng)電壓長(zhǎng)時(shí)間跌落故障時(shí)，零轉(zhuǎn)矩控制方式與Crowbar 控制方式仿真對(duì)比結(jié)果如圖8 所示，曲線(xiàn)1、2 分別對(duì)應(yīng)Crowbar 控制方式和零轉(zhuǎn)矩控制方式。電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速為1.2pu。圖8a 中，1s時(shí)，電網(wǎng)電壓由1pu 降為0.15pu；1.625s 時(shí)，電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常。

圖8 電網(wǎng)電壓跌落時(shí)零轉(zhuǎn)矩控制方式與Crowbar 控制方式仿真對(duì)比Fig.8 Comparison of the responses between the traditional Crowbar and the zero-torque control under grid voltage dip fault

由圖8 所示，計(jì)及定子勵(lì)磁電流變化的零轉(zhuǎn)矩控制在較長(zhǎng)時(shí)間的電壓跌落故障中也能夠達(dá)到較好的控制效果。與Crowbar 控制方式相比較，能夠有效地抑制有功功率與無(wú)功功率的振蕩，在抑制定轉(zhuǎn)子沖擊電流方面也要優(yōu)于Crowbar 控制。缺點(diǎn)就是造成電機(jī)轉(zhuǎn)子較大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，如圖8e 所示，電機(jī)轉(zhuǎn)速峰值達(dá)到1.238pu。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升超過(guò)設(shè)定值時(shí)，可以采用變槳距控制，增大槳葉節(jié)距角，減少槳葉提供給電機(jī)的機(jī)械功率，減緩轉(zhuǎn)速的上升。

對(duì)永磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能仿真表明，提出的新型永磁雙饋發(fā)電系統(tǒng)在兩種嚴(yán)重跌落故障的情況下，計(jì)及定子勵(lì)磁電流變化的零轉(zhuǎn)矩控制方式比常規(guī)的Crowbar 控制具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

5 結(jié)論

計(jì)及定子勵(lì)磁電流的零轉(zhuǎn)矩控制方式在電網(wǎng)電壓嚴(yán)重驟降故障時(shí)，將發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化為電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能，從而抑制定轉(zhuǎn)子電流的沖擊，有效的保護(hù)電機(jī)和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器。同時(shí)該種控制方式應(yīng)用于新型永磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，并不需要增加Crowbar 控制電路，從而節(jié)約了成本，減小了發(fā)電系統(tǒng)重量和體積。本文通過(guò)零轉(zhuǎn)矩控制與Crowbar控制的對(duì)比仿真，證明零轉(zhuǎn)矩控制方式能夠有效控制永磁雙饋發(fā)電機(jī)過(guò)電流，提高了永磁雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的低電壓穿越能力。

故障期間采用零轉(zhuǎn)矩控制將會(huì)帶來(lái)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的上升，但這可以通過(guò)變槳距控制進(jìn)行調(diào)節(jié)，減小風(fēng)機(jī)功率的輸入從而有效的抑制電機(jī)轉(zhuǎn)速的上升。同時(shí)，考慮到電網(wǎng)電壓嚴(yán)重驟降持續(xù)的時(shí)間都比較短，所以對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)械系統(tǒng)的影響不大。

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