1、雙饋風(fēng)電機(jī)組配備的變流勵磁裝置容量較小、控制性能好，在世界范圍內(nèi)已獲得了最大的風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)份額。由于MW級大規(guī)模風(fēng)電接入的電網(wǎng)往往遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，電網(wǎng)薄弱。雙饋風(fēng)電變流器只提供機(jī)組的滑差容量，在電網(wǎng)故障條件下的暫態(tài)運行能力成為目前雙饋風(fēng)電機(jī)組大規(guī)模接入的技術(shù)瓶頸，大規(guī)模風(fēng)電解裂的風(fēng)險日益凸顯。本文圍繞雙饋變流技術(shù)展開研究，建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，研究雙饋風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)故障條件下的暫態(tài)特性和控制方法，以期提升雙饋發(fā)電機(jī)對故障電網(wǎng)的適應(yīng)性和降低暫態(tài)

2、沖擊對電力系統(tǒng)的影響。
　　本文的主要內(nèi)容如下：
　　1.研究網(wǎng)側(cè)變流器正負(fù)序解耦控制算法。分析網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓與逆變有功電流最大值的空間矢量關(guān)系，提出一種基于最大直流母線電壓利用率的功率逆變控制方法，抑制暫態(tài)過程中的直流母線過電壓。針對電網(wǎng)電壓不平衡條件下雙饋發(fā)電機(jī)定子側(cè)存在負(fù)序電流的問題，提出一種基于網(wǎng)側(cè)變流控制的負(fù)序電流補償策略。在電網(wǎng)電壓不平衡故障條件下，以變流器直流母線電壓的指令量為基準(zhǔn)，分析交直流功率的積分對直

3、流母線電壓的影響，實現(xiàn)直流母線電壓脈動頻率和幅值的解析，得出直流母線電壓脈動幅值對負(fù)序電流補償能力的約束條件，最大限度地實現(xiàn)負(fù)序電流補償和減小風(fēng)電機(jī)組注入電力系統(tǒng)的負(fù)序電流。
　　2.針對雙饋發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子電流指令波動性大，轉(zhuǎn)子控制電壓-勵磁電流傳遞函數(shù)慣性極小，轉(zhuǎn)子變流器離散化控制時滯性嚴(yán)重影響機(jī)組的電能輸出質(zhì)量和穩(wěn)定性，通過Pade'等效法對變流器的滯后環(huán)節(jié)進(jìn)行近似描述，分析基于典型Ⅰ型系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子電流開環(huán)傳遞函數(shù)和相應(yīng)的閉環(huán)傳遞

4、函數(shù)，采用比例積分控制器實現(xiàn)轉(zhuǎn)子電流內(nèi)環(huán)控制。對轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)傳遞函數(shù)進(jìn)行降階，提出采用積分控制器實現(xiàn)定子電流外環(huán)控制的方法，推導(dǎo)基于典型Ⅰ型系統(tǒng)的定子電流外環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)和相應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。根據(jù)變流器開關(guān)頻率是影響定轉(zhuǎn)子電流控制性能的主要因素，提出一種基于變流器開關(guān)頻率函數(shù)的I-PI雙電流閉環(huán)控制和參數(shù)整定方法，為雙饋發(fā)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子電流控制器設(shè)計提供理論依據(jù)。
　　3.提出一種電網(wǎng)電壓不平衡條件下的雙饋系統(tǒng)電網(wǎng)支撐控制策略。針對

5、電網(wǎng)末梢易產(chǎn)生嚴(yán)重電網(wǎng)故障、薄弱輸配電線路阻抗比(R/X)較大和嚴(yán)重電網(wǎng)故障下轉(zhuǎn)子變流器控制存在局限性的特點，在電網(wǎng)電壓不平衡狀態(tài)下以電網(wǎng)支撐為控制目標(biāo)，利用高R/X比線路的壓降，建立正序電壓支撐(Positive Sequency-Voltage Support，簡稱PS-VS)和負(fù)序電壓抑制(Negative Sequency-Voltage Restrain，簡稱NS-VR)控制模型。針對正負(fù)序電壓的快速解耦，在直流信號階躍和兩倍

6、頻交流信號輸入條件下，研究陷波濾波器品質(zhì)因數(shù)對陷波環(huán)節(jié)動態(tài)響應(yīng)和暫態(tài)振蕩特性的影響，給出品質(zhì)因數(shù)的合理整定值。針對PS-VS和NS-VR模型，闡述正序有功電流和負(fù)序電流對電網(wǎng)接入點電壓水平的支撐和不平衡度的抑制作用，定量分析雙饋發(fā)電系統(tǒng)的額定容量對正序有功電流和負(fù)序電流輸出的限制，研究PS-VS子功能和NS-VR子功能的容量分配方法，改善雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓不平衡故障條件下的并網(wǎng)條件。
　　4.研究雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組crowb

7、ar觸發(fā)期間的定轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流和crowbar電阻整定方法。通過微分方程的Laplace變換實現(xiàn)線性代數(shù)方程的聯(lián)立，推導(dǎo)定轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流的頻域和時域解析表達(dá)式。在時域中分析定轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流零輸入和零狀態(tài)響應(yīng)的指數(shù)函數(shù)，研究電網(wǎng)電壓突變和crowbar電路觸發(fā)后的暫態(tài)電流衰減特性，揭示定轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流衰減時間常數(shù)在不同轉(zhuǎn)速和crowbar阻值條件下的變化規(guī)律，提出一種基于暫態(tài)電流衰減時間常數(shù)設(shè)定的線性crowbar阻值整定方法，并提出一種線性cr

8、owbar電路與非線性三相不控整流crowbar電路的crowbar阻值折算原則，確保轉(zhuǎn)子變流器在恢復(fù)勵磁后具備可控性和無功補償響應(yīng)時間滿足電網(wǎng)接入要求。
　　5.建立雙饋發(fā)電機(jī)的暫態(tài)數(shù)學(xué)模型，通過計算定轉(zhuǎn)子暫態(tài)磁鏈實現(xiàn)轉(zhuǎn)子電流控制的精確前饋補償，提出暫態(tài)過程的雙饋發(fā)電機(jī)強勵控制方法。在此基礎(chǔ)上，研究兩種強勵控制策略。第一種策略通過動態(tài)觀測定子暫態(tài)直流磁鏈空間矢量角，控制轉(zhuǎn)子變流器輸出直流滅磁電流，實現(xiàn)定子直流暫態(tài)磁鏈的快速衰減，

9、并揭示轉(zhuǎn)子滅磁電流歸零過程影響滅磁效果的規(guī)律，推導(dǎo)轉(zhuǎn)子變流器實現(xiàn)強勵直流滅磁控制的必要條件;第二種策略通過電網(wǎng)故障電壓的鎖相和定子暫態(tài)直流磁鏈的觀測，計算轉(zhuǎn)子變流器的暫態(tài)電流指令，提出基于暫態(tài)直流磁鏈補償?shù)霓D(zhuǎn)子電流勵磁策略。針對轉(zhuǎn)子變流器的暫態(tài)勵磁電流包含穩(wěn)態(tài)交流分量和直流補償分量，提出一種基于多分量增益的并聯(lián)比例諧振控制策略，通過分析控制帶寬整定控制器的參數(shù)，實現(xiàn)電網(wǎng)故障過程中定子電流的正弦控制。上述兩類強勵控制策略，突破現(xiàn)有crow

10、bar技術(shù)在暫態(tài)過程中轉(zhuǎn)子變流器存在閉鎖失控、雙饋機(jī)組對電力系統(tǒng)存在有功無功和不同頻率分量交流電流沖擊的弊端，為雙饋風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)接入性能的提高提供了新的思路。
　　6.搭建30kW雙饋風(fēng)電機(jī)組實驗平臺，進(jìn)行電網(wǎng)電壓不平衡條件下網(wǎng)側(cè)變流器負(fù)序電流補償實驗、穩(wěn)態(tài)并網(wǎng)和功率因數(shù)調(diào)節(jié)實驗、基于非線性整流crowbar電路的低電壓穿越暫態(tài)特性分析實驗、基于暫態(tài)磁鏈補償前饋的低電壓穿越強勵直流滅磁實驗和基于定子電流正弦控制的低電壓穿越強勵控制