六种电机类型的双馈风力发电机低电压穿越控制策略仿真与对比
导语：随着风力发电机组在电网中的比例不断增长，低电压穿越（LVRT）能力对机组的安全运行至关重要。为了实现双馈异步发电机（DFIG）的高效运行，我们建立了数学模型，并引入了定子磁链定向控制(SFO)策略。在Matlab/Simulink软件中进行仿真验证，结果表明SFO控制策略能有效提升DFIG的低电压故障处理能力。
引言
随着DFIG风力发电机组在现代电网中的规模扩大，其在保护和控制方面面临新的挑战。当短路故障发生时，传统的直接切除策略可能会导致严重的系统波动和停电问题。因此，研究如何提高DFIG在低电压条件下的抗干扰能力成为迫切需求。目前，一些专家提出了改进变频器控制方法或加装硬件保护设备以增强其抗干扰性能。本文将探讨一种基于定子磁链定向控制(SFO)的新型解决方案。
DFIG数学模型
图1展示了双馈感应风力发電機系統结构，该系统由风轮、变速齿轮箱、双馈式發電機、雙PWM變頻器、直流侧電容及變壓器等部分組成。在圖中，由於雙馈式發電機與網絡之間通過變壓器連接，並且轉子側與直流母線之間通過雙向可逆專用變頻器進行交流-直流轉換，這種設計使得DFIG具有良好的調節性，但也增加了對電網動態波動敏感度。此外，由於這種系統架構，它們對於處理不平衡負荷和功率失衡情況有一定的優勢。
通过对转子的两相任意速旋转d-p坐标下的分析，可以推导出同步速旋转d-p坐标下DFIG定子和转子的矢量方程：
[\begin{aligned} \frac{di_{ds}}{dt} &= a_1i_{qs} + a_2u_{ds}, \ \frac{di_{qs}}{dt} &= -a_3i_{ds} + a_4u_{qs}. \end{aligned}]
其中 (a_i) 为系数矩阵，而 (i, u) 分别表示当前状态下的励磁通量与励磁额定值之间的比值，以及输入励磁额定的实际输出值。这一模型为我们提供了一种理论基础来理解并优化DFIG系统行为，以适应不同负载条件下的操作要求。
定子磁链定向控制 (SFO)
为了克服上述问题，我们提出了一种基于SFO技术的新型调节策略，该技术利用特性的特殊性质来调整与同频共振相关的一阶过滤回路，使得稳态响应更快，更准确地反映环路状态，从而提高整体系统性能。此外，这种设计还可以减少不必要损耗，同时降低维护成本，因为它能够更好地监控并管理复杂网络环境中的潜在风险因素。
通过实施这一创新技术，可显著提升双馈异步发动机（AFM）的稳态性能，并且使其更加适应现代能源市场日益增长和变化的情况。这项工作对于开发更高效、可靠、高效率并且经济实惠的地能设备至关重要，对于促进全球能源行业发展起到了积极作用。
