引言
目前，各行各业的发展均离不开电力资源，且随着经济发展速度的加快，电力需求也逐渐增加，若采用传统电力资源进行发电，不仅造成资源的枯竭和环境的污染，而且不能满足现如今对电力资源的实际需求，因此各国对新能源均积极探索研究，其中，风力发电得到了广泛的关注。我国地域辽阔，三北地区由于其特殊的地理位置，地域广，人口少，且风资源较好，具有较好的风力发电的优势。
1双馈感应电机数学模型建立
双馈感应电机作为风力发电的主要组成部分，其机械结构为：转子在机械上与风力涡轮机的传动机构相连接，定子与电网相连。当向转子绕组通入一定频率的电流时，形成的磁场相对于定子绕组旋转，从而定子绕组中产生感应电动势。其中，转子磁场转速与转子旋转的电角速度之和，与定子绕组电流产生的磁场转速保持一致。双馈感应电机的定子与电网直接相连，而转子通过一组整流电路与电网相连接，从而实现转子一侧的功率双向流动控制与励磁控制。由于双馈感应电机的数学模型变量多且十分复杂，对它精确建模十分困难。为了使模型具有较高的简洁性，同时又能较好地反映其电磁关系与特点，这里做出以下假设：1)定转子绕组中的电阻为恒定值；2)磁路不存在饱和现象，忽略磁滞与铁耗；3)三相绕组间为星型连接结构，且空间分布完全对称，合成磁动势在气隙方向上呈正弦规律分布；4)忽略空间谐波影响。
2双馈风力发电机故障穿越机理分析现状
双馈风力发电机是实现风力发电变速恒频运行的主流机型之一，主要的器件有风轮、齿轮箱、双馈发电机、转子侧变换器(Rotorsideconverter,RSC)、网侧变换器(Gridsideconverter,GSC)和变压器等。us和is分别是双馈感应电机定子电压和电流；ur和ir分别是双馈感应电机转子电压和电流；uf和if分别是网侧滤波器电压和电流；Psref和Qsref分别是定子有功无功指令；Udcref直流母线电压指令；Qgref是网侧无功功率指令；Sr和Sg分别是转子侧变换器和网侧变换器开关信号。在正常的电网条件下，双馈风力发电机RSC主要负责独立地控制定子有功和无功；而GSC主要任务是实现GSC和电网之间的有功和无功独立控制，以确保直流母线电压的规定的范围和实现单位功率因素运行。
3双馈风力发电机故障穿越解决方案
3.1直接转矩系统构成
在开绕组无刷双馈发电机的直接转矩控制系统中，控制变量是Ψｃ和Ｔｅ。将电机转速的给定值与实际值进行对比，差值反馈到下一个模块速度调节器中，可获得电磁转矩给定值。将功率绕组的电压和电流、控制绕组的电压和电流作为控制绕组磁链和电磁转矩观测器的输入。它们需进行坐标变换，变为ｄ、ｑ两相才能输入，控制绕组磁链和电磁转矩估计值与控制绕组磁链和电磁转矩给定值两相比较，可得控制绕组磁链和电磁转矩偏差。两个差值输入下一个模块滞环调节器，根据滞环调节器的输出，确定磁链相应的位置，选择对应的电压矢量来对两个变流器进行控制，再反馈给开绕组无刷双馈风力发电机。
3.2基于硬件的故障穿越方法
当DFIG遭受电网电压故障时，最大的危害就是转子过电流和功率变换器直流侧过电压。抑制转子过电流，直接有效简单的方法非Crowbar莫属。Crowbar已经成为一种成功的故障穿越保护措施，其能够解决不同电压跌落程度的转子过电流问题。当电网故障时，电力电子开关闭合，限流电阻短接转子绕组和转子侧变换器，转子过电流流经撬棒电路并通过限流电阻限制其大小，此时，DFIG失控并运行在异步状态。Crowbar电路典型拓扑结构如。按照Crowbar中所使用的功率器件不同，有被动撬棒和主动撬棒之分。被动撬棒由于使用了半控型功率器件而存在无法随时关断的缺点，主动撬棒使用的是全控型器件则能随时关断以满足快速向电网输出无功支撑电网电压的要求。
3.3在线监测
将定子电流特征用于发电机气隙偏心故障的诊断。利用定子振动特性来诊断发电机气隙偏心故障。利用电流信号来检测气隙偏心故障。分析感应发电机气隙偏心故障对定子电流的调制机理,利用Wigner时频域分析方法,计算气隙偏心故障时电流边频分量的相位差,从而判断发电机状态。提出了一种基于振动信号多尺度熵的发电机气隙偏心故障监测方法,利用多尺度熵计算法提取发电机转子振动特征,实现了对发电机偏心故障的监测与识别。
3.4针对电网电压故障的穿越方案
除了从双馈风力发电机自身角度解决故障问题以为，还可以从稳定电网电压的角度解决，典型的方案是动态电压恢复器（Dynamicvoltagerestorer,DVR）。DVR是一种串联型电能质量控制器，能在几个毫秒内恢复电压故障问题，能解决双馈风力发电机全电压故障穿越问题和瞬态性能问题。DVR能放在网侧与发电机串联以维持定子电压的恒定。DVR的应用不涉及双馈风力发电机本身，但成本较高。针对DVR方案成本高的问题，提出一种有效地降低DVR容量的方案。
结束语
新型电力系统以实现碳达峰碳中和为前提，确保能源电力安全满足经济社会需求，最大化消纳新能源。而新型电力系统中新能源占比高，尤其风力发电、太阳能发电等新型能源并入比例较大。但是风能是一种随机性强、爆发性高、不稳定的能源，因此在并网过程中风力发电输出功率易存在波动的现象，造成电网功率与负荷不匹配，引发停电事故。此外，由于新型电力系统中具有大量的电力电子器件，因此对于电网的频率振荡较为敏感，这就对风力发电机的输出频率提出了更高的要求。基于此，要保证风力发电在并网过程中，其在变风速条件下输出功率与输出频率控制在很小误差范围内，减少并网过程对现有电网的影响，提高新型电力系统的稳定性。
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