导语：随着风力发电机组在电网中的比例不断增长，当发生短路故障时，要求机组能够在低电压环境中稳定运行。为了实现这一目标，本文建立了双馈异步发电机（DFIG）的数学模型，并采用了磁链定向控制策略（SFO）来提高其低电压穿越能力。通过Matlab/Simulink的仿真验证，结果表明该控制策略能有效地帮助DFIG机组在低电压条件下进行故障穿越。
1 引言
由于DFIG风力发电机组的容量增加，它们在保护和恢复过程中的作用变得至关重要。在正常情况下，由于它们所占比例较小，因此通常会被直接切除以维护网络稳定性。但是，在当今的大规模集成背景下，这种做法可能导致严重的潮流波动和停电问题。因此，需要一种方法来确保这些设备可以安全地进行故障穿越，以减少对整体系统稳定的影响。
2 DFIG数学模型
图1展示了双馈感应风力发電機系統结构，该系统主要由風轮、变速齿轮箱、双馈式發電機、雙PWM變頻器、直流侧電容及變壓器等部分組成。在這個系統中，轉子側通過雙向可逆專用變頻器與直流母線進行連接，這樣就能實現對轉子的相位和幅值都可調節的雙向功率輸出。此外，網絡側PWM也能保持直流母線的穩定，並且可以間接控制轉子側有功和無功功率。
然而，這種設計也帶來了一些挑戰，比如它對電網電壓敏感，以及當變頻器容量較小時，其應對大型短路故障能力有限。為了解決這些問題，本文提出了一種名為磁链定向控制（SFO）的新策略，用於改善DFIG在低電壓環境下的性能。
3 磁链定向控制 (SFO)
通過分析DFIG在兩相任意速旋轉d-p坐標下的動作，我們得到了以下矢量方程：
u_d = R_si_d + L_sd_i/dt - ω_pL_si_q
u_q = R_si_q + L_s(ω_p*i_d + d_i/dt)
其中 u_d 和 u_q 分別是转子侧d轴和q轴上的过载抗扭效应分为两个部分：一个是由变频器产生的额外扭矩；另一个则与励磁相关联。当励磁扭矩增加时，可以提供额外的转差功率，从而减少对变频器输出功率需求，从而更好地适应高负载操作条件。此外，还可以通过调整励磁扭矩来优化转子的速度，使其尽可能平滑运行，从而进一步降低机械损耗并提高整体效率。
4 仿真验证
通过Matlab/Simulink软件模拟，我们证明了该SFO策略能够有效地提升DFIG对大规模短路事件的适应性，并允许它继续提供有用的输出，即使是在极端低电压条件下。此外，该方法还显著减少了对变频器输入信号变化带来的响应延迟，使得整个系统更加灵活并且更加易于管理。这项技术对于未来的大型分布式能源系统来说具有巨大的潜力，因为它将有助于促进更广泛范围内风力发电技术与传统能源资源之间更紧密的地互补关系。
