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摘要：本文详细阐述了双馈感应发电机（DFIG）双馈风机在低电压穿越（LVRT）过程中的控制策略及仿真实现。通过引入转子侧快速短接（Crowbar）保护装置，结合转子侧变换器基于定子电压定向的矢量控制策略以及网侧电网电压定向的矢量控制策略，并在转子侧与定子侧加入补偿控制策略，有效提升了 DFIG 在低电压故障下的系统性能。通过仿真验证了所提控制策略的有效性。
关键词：双馈感应发电机（DFIG）；低电压穿越（LVRT）；转子侧快速短接（Crowbar）；矢量控制
一、引言
随着风力发电在电力系统中的占比不断增加，双馈感应发电机（DFIG）以其变速恒频、无功调节能力强等优点得到广泛应用。然而，当电网发生低电压故障时，DFIG 可能会受到严重影响，甚至脱网，从而对电力系统的稳定性造成威胁。因此，实现 DFIG 的低电压穿越（LVRT）能力至关重要。本文将对 DFIG 双馈风机的 LVRT 控制策略及相关仿真进行深入研究。
二、DFIG 系统结构及基本原理
DFIG 主要由双馈异步发电机、转子侧变换器（RSC）、网侧变换器（GSC）以及直流母线电容组成。定子绕组直接连接到电网，转子绕组通过背靠背的变流器与电网相连。在正常运行时，RSC 控制发电机的电磁转矩和无功功率，GSC 维持直流母线电压稳定并控制输入功率因数。
三、控制策略
（一）转子侧变换器（RSC）控制策略
- 基于定子电压定向的矢量控制
：通过将定子电压矢量定向到 d 轴，实现有功无功的解耦控制。在这种控制策略下，定子磁链在 d 轴上，q 轴定子磁链为零。
- MPPT 能力实现
：根据风力机的特性，通过控制转子电流的 q 轴分量来调节发电机的电磁转矩，使风力机运行在最大功率点跟踪（MPPT）曲线上，从而实现风能的最大捕获。
- 功率外环电流内环双闭环控制结构
：功率外环根据 MPPT 算法计算出的有功功率参考值与实际有功功率值的差值，以及无功功率参考值与实际无功功率值的差值，通过 PI 控制器生成转子电流的 d 轴和 q 轴参考值。电流内环将转子电流的实际值与参考值进行比较，经过 PI 控制器生成 PWM 信号，控制 RSC 的开关动作。
（二）网侧变换器（GSC）控制策略
- 电网电压定向的矢量控制
：将电网电压矢量定向到 d 轴，使得 d 轴电流控制有功功率，q 轴电流控制无功功率。
- 电压外环电流内环控制
：电压外环通过调节直流母线电压的实际值与参考值的偏差，经 PI 控制器生成网侧电流的 d 轴参考值。电流内环将网侧电流的实际值与参考值进行比较，通过 PI 控制器生成 PWM 信号，控制 GSC 的开关动作，以维持直流母线电压稳定，并实现输入功率因数为 1。
（三）转子侧快速短接（Crowbar）保护装置
当电网故障较为严重导致定子电压大幅度跌落时，投入 Crowbar 装置将 RSC 旁路。此时，风机中过剩的不平衡能量通过 Crowbar 电阻进行卸荷，从而快速抑制转子过电流。故障结束后，Crowbar 装置自关断退出系统，RSC 恢复其控制功能。这一过程有效保护了 RSC 和发电机转子，避免因过电流造成损坏。
（四）补偿控制策略
- 转子侧补偿控制
：在低电压故障期间，通过对转子电流的额外补偿，调整发电机的电磁转矩和无功功率输出，以改善系统的动态性能。例如，根据电网电压跌落的程度，适当增加转子电流的无功分量，为电网提供更多的无功支持。
- 定子侧补偿控制
：通过在定子侧注入特定的电流或电压信号，抵消因电网故障引起的定子电压不平衡或谐波分量，从而提高系统的稳定性和电能质量。
