摘要：深入分析了雙饋風電機組的數學模型并研究了新型低電壓穿越(LVRT)硬件設計原理和控制策略，并在不同控制模式下進行仿真，對比分析了風電機組發生電網電壓跌落和恢復過程中相關暫態特性，同時在風場進行實際的LVRT測試及相關策略驗證測試。這種新型LVRT技術有利于減小風電機組在發生電網電壓跌落和恢復過程中相關暫態特性對風電機組的不良影響。
關鍵詞：雙饋風電機組；低電壓穿越；控制策略

1 引言
目前，為保證新能源快速發展，以及國家電網運行安全，要求風電機組必須具有LVRT能力。國內外對于雙饋風電機組的LVRT方案已進行了大量深入研究，對風電機組在電網故障下的各種運行狀態對電網的影響及各種暫態性能對風電機組性能和使用壽命影響進行了大量研究工作。研究表明，風電機組在深度低電壓跌落及恢復過渡過程中，發電機的電磁轉矩和傳動軸、齒輪箱等部件將受到沖擊而導致軸系出現扭振，甚至可能引起軸線共振。
此處將闡述一種新型LVRT方案。深入分析了雙饋風電機組的數學模型及新型LVRT硬件設計原理和控制策略，并在不同控制模式下進行仿真。同時討論了在此技術方案下，當發生電網電壓低于20％的跌落時，風電機組不停機而正常運行，可避免發生電網跌落引起電網的不穩定。

2 雙饋風力發電機組傳動鏈數學模型
雙饋風電機組一般由轉子、傳動鏈(分為剛性和柔性)及發電機組成，其中大功率風電機組一般均被當作柔性傳動鏈模型進行研究。此處將風機葉片和輪轂等效為一個質量塊，齒輪箱和發電機轉子等效為一個質量塊，如圖1所示。

雙饋風電機組兩個質量塊傳動鏈數學模型為：

式中：K為傳動軸系的剛度系數；Hm，Hg分別為風電機組和發電機轉子的總慣性時間常數；ωm，ωg分別為風輪和發電機角速度；θs為軸系的扭轉角位移；Tm，Te分別為轉子上的機械轉矩和發電機的電磁轉矩；Dm，Ds，Dg分別為風電機組與發電機之間阻力系數、風電機組自身阻尼系統及發電機轉子自身阻尼系統。

3 新型LVRT控制方案
3．1 新型LVRT硬件方案
為適應新電網運行規則要求，闡述一種新型雙饋風電機組LVRT拓撲方案，其硬件拓撲結構如圖2所示。發電機轉子出線端與直流母線兩端新增一個二極管整流橋并聯在母線上，同時在變流器直流母線兩端并聯DBR回路(DBR電阻與IGBT串聯)，Crowbar拓撲電路結構采用了二極管整流橋、晶閘管和電阻。

3．2 LVRT控制策略
根據電網故障時電壓跌落程度不同，雙饋風電機組的LVRT策略主要有兩種：改變變流器的勵磁控制和轉子側Crowbar保護電網。電網嚴重故障情況下，Crowbar電路觸發后和電網故障恢復時的暫態過程中會產生電流、電磁轉矩和扭矩瞬態跳變，這些暫態特性會對電網穩定性、風電機組特性和使用壽命產生的不良影響。為減少此影響，采取新控制策略，如圖3所示。