幾種雙饋式變速恒頻風電機組低

    勵磁變流器在電網故障期間，與電網和轉子繞組一直保持連接，因而在故障期間和故障切除期間，雙饋感應發電機都能與電網一起同步運行。當電網故障消除時，關斷功率開關，便可將旁路電阻切除，雙饋感應發電機轉入正常運行。
采用crowbar電路的轉子短路保護技術存在這樣一些缺點：首先，需要增加新的保護裝置從而增加了系統成本；另外，電網故障時，雖然勵磁變流器和轉子繞組得到了保護，但此時按感應電動機方式運行的機組將從系統中吸收大量的無功功率，這將導致電網電壓穩定性的進一步惡化，而且傳統的crowbar 保護電路的投切操作會對系統產生暫態沖擊。文獻[1]提出了改進方案，該方案與傳統方案的區別在于：在轉子短路保護電阻切除后，將轉子電流控制指令設定為該時刻轉子電流的實際值，從而防止由于轉子電流控制器指令電流與實際電流不等而引起的暫態沖擊。然后通過逐漸改變轉子電流指令，實現轉子電流控制器的軟起動。在轉子電流控制器的作用下發電機將逐步恢復到正常運行。這緩解了crowbar保護電路的投切操作對系統產生的暫態沖擊，在一定程度上縮短了發電機低電壓穿越的過渡時間。但該文獻僅限于研究對稱故障發電機不脫網運行，未討論電網故障運行初始條件對不脫網運行效果的影響。
    引入新型拓撲結構
    除了上述典型crowbar技術的應用外，一些文獻還提出了一些新型低壓旁路系統，如圖5、圖6所示。

圖 5 新型旁路系統

圖6a) 并聯連接網側變流器

3.1 新型旁路系統[11-13]
    如圖5所示，這種結構與傳統的軟啟動裝置類似，在雙饋感應發電機定子側與電網間串聯反并可控硅電路。 在正常運行時，這些可控硅全部導通，在電網電壓跌落與恢復期間，轉子側可能出現的最大電流隨電壓跌落的幅度的增大而增大，為了承受電網故障電壓大跌落所引起的的轉子側大電流沖擊，轉子側勵磁變流器選用電流等級較高的大功率igbt器件，這樣來保證變流器在電網故障時不與轉子繞組斷開時的安全。電網電壓跌落再恢復時，轉子側最大電流可能會達到電壓跌落前的幾倍。因此，當電網電壓跌落嚴重時，為了避免電壓回升時系統在轉子側所產生的大電流，在電壓回升以前，將雙饋感應發電機通過反并可控硅電路與電網脫網。脫網以后，轉子勵磁變流器重新勵磁雙饋感應發電機，電壓一旦回升到允許的范圍之內，雙饋感應發電機便能迅速地與電網達到同步。再通過開通反并可控硅電路使定子與電網連接。這樣可以減小對igbt耐壓、耐流的要求。對于短時間內能夠接受大電流的igbt模塊，可以減少雙饋感應發電機的脫網運行時間。轉子側大功率饋入直流側會導致直流側電容電壓的升高，而直流側的耐壓等級依賴于直流側電容的大小，因此直流側設計crowbar電路，在直流側安裝電阻來作吸收電路，將直流側電壓限制在允許范圍內。
    這種方式的不足之處是：該方案需要增加系統的成本和控制的復雜性。考慮到定子故障電流中的直流分量，需要可控硅器件能通過門極關斷，這要求很大的門極負驅動電流，驅動電路太復雜。這里的可控硅串聯電路如果采用穿透型igbt的話，igbt必須串聯二極管。而采用非穿透型igbt的話，通態損耗會很大。理論上，如果利用接觸器來代替可控硅開關的話，雖通態時無損耗，但斷開動作時間太長。而且由于該方案在輸電系統故障時發電機脫網運行，因此對電網恢復正常運行起不到積極的支持作用。
    3.2 串聯連接變流器
    通常雙饋感應發電機的背靠背式勵磁變流器采用如圖6a)所示的與電網并聯方式[13-16]，這意味著勵磁變流器能向電網注入或吸收電流。為了提高系統的低電壓穿越能力，文獻[17]提到了一種新的連接方式，即將變流器與電網進行串聯連接，比如，變流器通過發電機定子端的串聯變壓器實現與電網串聯連接，則雙饋感應發電機定子端的電壓為網側電壓和變流器輸出的電壓之和。這樣便可以通過控制變流器的電壓來控制定子磁鏈，有效的抑制由于電網電壓跌落所造成的磁鏈振蕩，從而阻止轉子側大電流的產生，減小系統受電網擾動的影響，達到強化電網的目的。但這種方式將增加系統許多成本，控制也比較復雜。
    4 采用新的勵磁控制策略
    從制造成本的角度出發，最佳的辦法是不改變系統硬件結構，而是通過修改控制策略來達到相同的低電壓穿越效果：在電網故障時，使發電機能安全度越故障，同時變流器繼續維持在安全工作狀態。
    文獻[18]利用數值仿真的方法對電網三相對稱故障時發電機不脫網運行的勵磁控制進行了研究。研究結果表明，通過適當提高現有雙饋感應發電機勵磁控制器中pi 調節器的比例和積分系數，能夠在一定范圍內維持電網故障時發電機不脫網運行。然而該文獻未對故障時發電機不脫網運行的范圍進行詳細地研究計算。該文獻提出的方法僅適用于系統對稱三相故障引起發電機母線電壓輕微下降時保持發電機不脫網運行，當故障引起發電機母線電壓嚴重下降時，勵磁變流器將出現過電壓和過電流。文獻[19]則利用硬性負反饋的方式補償發電機定子電壓和磁鏈變化對有功、無功解耦控制性能的影響，該方案能夠在一定程度上提高雙饋感應發電機在輸電系統故障時的運行特性，并能夠在一定范圍內限制發電機轉子電流，保護轉子勵磁變流器。但該方案對轉子電流的有效控制是在提高轉子電壓的前提下實現的，考慮到轉子側勵磁變流器輸出最大電壓的限制，該方案僅適用于輸電系統故障引起發電機電壓輕度驟降的場合，對于引起發電機定子電壓嚴重驟降的電網故障，該方案會由于轉子側勵磁變流器無法提供足夠高的勵磁電壓而失去對轉子電流的控制。另外，文獻[20]還建議充分利用發電機電網側變流器在電網故障過程中對電網電壓的支持作用，通過協調轉子和電網側變流器的控制提高電網故障時發電機不脫網運行的控制效果。