胡君慧，齊曉光（.國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京009；.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，河北石家莊050000）

考慮低電壓穿越影響的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)諧波電流特性

胡君慧1，齊曉光2
（1.國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京102209；2.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，河北石家莊050000）

雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG）作為當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特殊的結(jié)構(gòu)使其故障運(yùn)行特性十分復(fù)雜，尤其在低電壓穿越（LVRT）運(yùn)行狀態(tài)下，已對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行和保護(hù)控制的順利實(shí)施造成一系列影響。目前對(duì)DFIG的短路電流特性已有大量研究，但是針對(duì)定轉(zhuǎn)子電流諧波特性的研究還鮮有報(bào)道。考慮LVRT的影響，對(duì)電網(wǎng)不對(duì)稱故障情況下DFIG定、轉(zhuǎn)子諧波電流的特性進(jìn)行研究。從電磁暫態(tài)過程的角度詳細(xì)推導(dǎo)了Crowbar動(dòng)作后的DFIG定子諧波電流的解析表達(dá)式；在Crowbar未動(dòng)作時(shí)，從轉(zhuǎn)子側(cè)變流器影響機(jī)理出發(fā)，研究了由變流器控制引起的定、轉(zhuǎn)子諧波電流的產(chǎn)生機(jī)理。所得結(jié)論通過仿真進(jìn)行了驗(yàn)證。

DFIG；LVRT；不對(duì)稱短路；變流器控制；諧波分析

雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（double fed induction generator，DFIG）是當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電的主要裝備，占風(fēng)電并網(wǎng)容量的比例超過50%[1]。隨著風(fēng)電逐步由補(bǔ)充能源向主流能源發(fā)展，風(fēng)電接入對(duì)電網(wǎng)的影響日趨嚴(yán)重。特別是在低電壓穿越（Low Voltage Ride Through，LVRT）要求下，電網(wǎng)故障期間風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)之間的相互耦合，使電力系統(tǒng)短路電流特性尤其是諧波特性發(fā)生顯著變化，短路電流的諧波分量將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)中的相關(guān)設(shè)備，特別是繼電保護(hù)設(shè)備產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響和危害[2-4]。因此，研究電網(wǎng)故障期間DFIG的短路電流諧波特性對(duì)保護(hù)整定、傳統(tǒng)繼電保護(hù)原理等的影響具有重要的工程實(shí)際意義。

風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響已成為風(fēng)電發(fā)展的重要課題之一[5-6]。如果大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組從電網(wǎng)解列，就不能支撐電網(wǎng)電壓，進(jìn)而導(dǎo)致連鎖反應(yīng)，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。因此，各國(guó)電網(wǎng)的風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)范相繼提出了LVRT的要求[6]，即要求風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)維持并網(wǎng)運(yùn)行一定時(shí)間，從而為電網(wǎng)提供有功和無功支撐，以利于電網(wǎng)電壓的快速恢復(fù)和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

從研究方向上看，提高風(fēng)電機(jī)組LVRT的措施主要包括：

1）改進(jìn)DFIG的控制策略[7]。

2）改進(jìn)DFIG的硬件電路[8]。

3）在風(fēng)電場(chǎng)出口加裝動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置、DVR、TCSC或串聯(lián)電阻等[9]。其中通過改進(jìn)DFIG的控制策略提高LVRT只適用于風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落不是很嚴(yán)重的情況。當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落嚴(yán)重時(shí)，通常采取改進(jìn)硬件電路的方法，實(shí)際工程中采取加裝撬棒電路（Crowbar）實(shí)現(xiàn)。

本文以電網(wǎng)不對(duì)稱短路故障為研究背景，全面分析電網(wǎng)故障期間DFIG的短路電流諧波特性，在考慮了LVRT對(duì)DFIG暫態(tài)特性的影響后，分析了Crowbar動(dòng)作和未動(dòng)作時(shí)的DFIG短路電流諧波特性，從電磁暫態(tài)過程以及轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制影響的機(jī)理出發(fā)，對(duì)DFIG短路電流諧波分量的特性進(jìn)行分析，并推導(dǎo)得到各次諧波分量的解析表達(dá)式。

1　LVRT對(duì)DFIG暫態(tài)特性的影響

1.1Crowbar動(dòng)作對(duì)DFIG暫態(tài)特性影響

文獻(xiàn)[10]Crowbar阻值的選取對(duì)DFIG暫態(tài)特性影響較大，選取合適的Crowbar阻值有利于實(shí)現(xiàn)LVRT。選取合適的Crowbar阻值既影響DFIG的定轉(zhuǎn)子磁鏈（電流）的幅值和衰減時(shí)間常數(shù)，又會(huì)對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生影響。

1.1.1Crowbar阻值對(duì)DFIG定轉(zhuǎn)子磁鏈的影響

文獻(xiàn)[10]指出，轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流交流分量的幅值受Crowbar阻值影響，阻值越大，轉(zhuǎn)子電流交流分量的幅值越??；轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流的直流分量幅值的大小與Crowbar電路的具體阻值無關(guān)。

當(dāng)Crowbar阻值大于最優(yōu)阻值時(shí)，定子直流磁鏈的衰減速度隨著Crowbar阻值的增大而減??；轉(zhuǎn)子直流磁鏈的衰減速度隨著Crowbar阻值的增大而增大。

1.1.2Crowbar阻值對(duì)DFIG電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的影響

當(dāng)轉(zhuǎn)子等效電阻（轉(zhuǎn)子繞組電阻和Crowbar電路電阻之和）大于最優(yōu)轉(zhuǎn)子等效電阻時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩將隨著轉(zhuǎn)子等效電阻的增大而減??；當(dāng)轉(zhuǎn)子等效電阻小于最優(yōu)轉(zhuǎn)子等效電阻時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩將隨著轉(zhuǎn)子電阻的增大而增大。

電磁轉(zhuǎn)矩的變化將會(huì)影響轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，尤其在電網(wǎng)電壓跌落導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩嚴(yán)重削弱時(shí)，將引起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速迅速上升，繼而對(duì)DFIG的安全運(yùn)行造成危害。因此，采用Crowbar保護(hù)的DFIG在Crowbar電路阻值選取時(shí)，應(yīng)使DFIG在低電壓穿越的過程中獲得盡量大的電磁轉(zhuǎn)矩。

1.2Crowbar未動(dòng)作對(duì)DFIG暫態(tài)特性影響

1.2.1DFIG控制原理

當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落較小時(shí)，DFIG的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器保持與轉(zhuǎn)子繞組連接，通過變流器的調(diào)控作用調(diào)整轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓（電流）進(jìn)而而改變DFIG定子電壓（電流）。DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的主要控制策略包括：矢量控制策略、多標(biāo)量控制策略、直接功率（轉(zhuǎn)矩）控制策略等，其中以矢量控制策略應(yīng)用最為廣泛[11]。

以通用矢量控制為例，此時(shí)定子主磁鏈與同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸重合，同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的q軸超前于d軸90°，由此即建立了定子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，如圖1所示。

圖1　定子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系Fig.1　Stator flux oriented-synchronization coordinates

由文獻(xiàn)[11]可知，在定子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，轉(zhuǎn)子電流d、q軸分量可分別獨(dú)立影響DFIG輸出的無功功率和有功功率。根據(jù)這一特性可設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的矢量控制系統(tǒng)，如圖2所示。

由圖2可知，矢量控制系統(tǒng)采用比例積分（Proportional-Integral，PI）控制器計(jì)算轉(zhuǎn)子電壓（電流）指令值。經(jīng)派克變換得到的三相靜止坐標(biāo)系內(nèi)的轉(zhuǎn)子電壓（電流）指令值可作為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器PWM控制的調(diào)制信號(hào)，通過控制電力電子開關(guān)元件的動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器交流側(cè)電壓、電流以及相位的調(diào)節(jié)，進(jìn)而完成對(duì)DFIG定子電壓（電流）的調(diào)控作用。

1.2.2控制策略對(duì)DFIG暫態(tài)特性的影響

轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制作用對(duì)DFIG暫態(tài)特性的影響是通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)，若轉(zhuǎn)子側(cè)變流器保持與轉(zhuǎn)子繞組的連接，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流的影響涉及電流大小和變化規(guī)律2個(gè)方面[11]。

圖2　轉(zhuǎn)子側(cè)變流器矢量控制系統(tǒng)和電壓指令值矢量Fig.2　Vector control system of rotor-side converter and vector of reference voltage

1）轉(zhuǎn)速/電壓或有功/無功功率指令值的大小決定了轉(zhuǎn)子電流的大小。在相同短路情況下，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制回路的指令值越大，轉(zhuǎn)子電流也越大；而暫態(tài)期間轉(zhuǎn)速/電壓或有功/無功功率指令值與瞬時(shí)值之差，即輸入余差越大，轉(zhuǎn)子電流也越大。

2）控制環(huán)節(jié)的選取決定了轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流在電網(wǎng)短路期間的變化規(guī)律。當(dāng)采用附加電壓控制時(shí)，電網(wǎng)短路使得機(jī)端電壓降低，流入PI控制器的電壓余差增大，使得無功功率指令值增大，轉(zhuǎn)子d軸電流隨之增加；而采用通用控制時(shí)，DFIG按照預(yù)先設(shè)定的無功指令值輸出或吸收無功功率，轉(zhuǎn)子d軸電流應(yīng)穩(wěn)定至指令值附近。

2　考慮LVRT影響的DFIG諧波電流

2.1Crowbar動(dòng)作后的DFIG諧波電流

當(dāng)由機(jī)端電壓驟降引起的轉(zhuǎn)子過電流觸發(fā)Crowbar保護(hù)動(dòng)作后，由于轉(zhuǎn)子側(cè)變流器被短接，此時(shí)轉(zhuǎn)子電壓為0，DFIG在三相靜止坐標(biāo)系下的綜合矢量模型可表示為

式中：k為故障后機(jī)端電壓占故障前電壓的比例，0≤k<1；=Rr+RC，表示接入Crowbar保護(hù)電路后的轉(zhuǎn)子等效電阻；RC為Crowbar電路電阻。

電網(wǎng)發(fā)生非對(duì)稱故障時(shí)，根據(jù)對(duì)稱分量法，故障電氣量可表示為正序分量和負(fù)序分量的疊加。此時(shí)，定子磁鏈可表示為正、負(fù)序分量與暫態(tài)直流分量的疊加：

DFIG轉(zhuǎn)子電流可表示為定轉(zhuǎn)子磁鏈的函數(shù)（根據(jù)式（3）～（4））：

將式（5）代入式（6），可以得到轉(zhuǎn)子電流的表達(dá)式：

式中：

將轉(zhuǎn)子電流的表達(dá)式（式（7））代入轉(zhuǎn)子電壓方程（式（2））中，可以分別得到以轉(zhuǎn)子磁鏈的正序分量、負(fù)序分量以及暫態(tài)直流分量為未知量的一階線性非齊次微分方程：

求解式（11）~（13），可以得到轉(zhuǎn)子磁鏈的表達(dá)式：

式中：C為積分常數(shù)，當(dāng)故障前DFIG處于空載運(yùn)行時(shí)，積分常數(shù)C的計(jì)算公式為

將定子磁鏈ψs，abc（式（5））和轉(zhuǎn)子磁鏈ψr，abc（式（14））代入以定轉(zhuǎn)子磁鏈表示的定子電流表達(dá)式（根據(jù)式（3）、式（4）），可以得到電網(wǎng)不對(duì)稱故障時(shí)，Crowbar電路動(dòng)作后的DFIG定子短路電流為

綜上所述，電網(wǎng)不對(duì)稱故障后，帶Crowbar保護(hù)運(yùn)行的DFIG定子短路電流主要諧波分量為轉(zhuǎn)速頻周期分量，其產(chǎn)生原因是由于轉(zhuǎn)子故障電流中較大的暫態(tài)直流沖擊分量經(jīng)電磁耦合后在定子側(cè)產(chǎn)生轉(zhuǎn)速頻電動(dòng)勢(shì)，其大小與機(jī)組參數(shù)、機(jī)端電壓跌落程度、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以及故障發(fā)生時(shí)刻相關(guān)，并以轉(zhuǎn)子磁鏈暫態(tài)直流分量的衰減時(shí)間常數(shù)τr=－R′rμ最終衰減至0。

2.2Crowbar未動(dòng)作時(shí)的DFIG諧波電流

根據(jù)對(duì)稱分量法，電網(wǎng)發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，DFIG的定子電壓可分解成正序分量和負(fù)序分量的疊加，分別用角速度為ωs和－ωs的旋轉(zhuǎn)矢量表示定子合成正序電壓和定子合成負(fù)序電壓，從而得到定子電壓的三相綜合矢量：

式中：Usp和Usn分別為定子A相正、負(fù)序電壓幅值；和分別表示定子A相正、負(fù)序電壓初相角。

同理可得電網(wǎng)不對(duì)稱短路時(shí)，只考慮定子電流的正序分量、負(fù)序分量以及非周期分量的三相綜合矢量：

式中：Isp、Isn分別為定子A相電流正序分量和負(fù)序分量的幅值;分別為定子A相電流正序分量和負(fù)序分量的初相角；I′為暫態(tài)直流分量的初始值；φ為暫態(tài)直流分量的初相角；τs為暫態(tài)直流分量的衰減時(shí)間常數(shù)。

式中：Pc2、Ps2、Qc2、Qs2為有功功率、無功功率的二倍頻振蕩幅值。

由式（19）可知，電壓不對(duì)稱跌落后，DFIG輸出功率將包含衰減的基頻分量和穩(wěn)定的二倍頻分量。功率的基頻振蕩部分以衰減時(shí)間常數(shù)τs衰減，振蕩幅值受定子電壓周期分量和定子電流暫態(tài)直流分量的影響；功率二倍頻振蕩分量受定子電壓、電流的負(fù)序分量影響，隨著電網(wǎng)電壓不對(duì)稱跌落程度加劇，負(fù)序分量的增加將導(dǎo)致功率二倍頻振蕩加劇。

對(duì)式（19）進(jìn)行拉普拉斯變換：

根據(jù)式（20）和外環(huán)PI控制器以及內(nèi)環(huán)控制器的傳遞函數(shù)分別得到轉(zhuǎn)子電流、電壓指令值在dq軸坐標(biāo)系內(nèi)的時(shí)域解析表達(dá)式：

通過派克變換，將式（22）中的轉(zhuǎn)子電壓指令值變換到三相靜止坐標(biāo)系。在三相靜止坐標(biāo)系內(nèi)，轉(zhuǎn)子電壓指令值包含頻率為sfs、（1+s）fs和（2+s）fs的電壓分量。

三相靜止坐標(biāo)系內(nèi)的轉(zhuǎn)子電壓指令值將作為變流器PWM控制的調(diào)制信號(hào)，由于調(diào)制信號(hào)主要包含頻率為sfs、（1+s）fs和（2+s）fs的電流分量，根據(jù)PWM調(diào)制技術(shù)工作原理[12]，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器輸出的轉(zhuǎn)子電壓可表示為：

式中：Urh為開關(guān)器件動(dòng)作引起的高頻諧波成分；Urs、Ure（1+s）、Ure（2+s）分別為變流器輸出的頻率為sfs、（1+s）fs、（2+s）fs的轉(zhuǎn)子電壓分量幅值；Ures、Ure（1+s）、Ure（2+s）分別為調(diào)制信號(hào)中頻率為sfs、（1+s）fs、（2+s）fs的諧波分量幅值；采用SPWM控制時(shí)，采用SVPWM控制時(shí)，為載波信號(hào)幅值。

聯(lián)立式（22）～式（26），即得到轉(zhuǎn)子側(cè)變流器輸出的轉(zhuǎn)子（1+s）fs電壓分量和轉(zhuǎn)子（2+s）fs電壓分量的解析表達(dá)式，結(jié)合DFIG的諧波等效電路（見圖3），計(jì)算轉(zhuǎn)子電流中（1+s）fs諧波分量和（2+s）fs諧波分量的解析表達(dá)式。

圖3　（a）轉(zhuǎn)子（1+s）fs電流等效電路；（b）轉(zhuǎn)子（2+s）fs電流等效電路Fig.3　Equivalent circuit of rotor harmonic current with frequency（1+s）fs；（b）Equivalent circuit of rotor harmonic current with frequency（2+s）fs

若電網(wǎng)側(cè)電壓僅含基波分量，對(duì)于轉(zhuǎn)子諧波分量，電網(wǎng)側(cè)可近似為短路，將定子方參數(shù)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)后，即可得到轉(zhuǎn)子各次諧波分量的等效電路[13]。圖3（a）中sk（1+s）為諧波轉(zhuǎn)差率，根據(jù)轉(zhuǎn)差率定義，等效電路中的sk（1+s）可表示為

轉(zhuǎn)子（1+s）fs電流分量的解析表達(dá)式為

式中：

轉(zhuǎn)子（2+s）fs電流分量的解析表達(dá)式為：

式中：

由此可知，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生不對(duì)稱短路故障時(shí)，通過轉(zhuǎn)子側(cè)變流器雙PI閉環(huán)控制作用，轉(zhuǎn)子故障電流中將包含頻率為（1+s）fs和（2+s）fs的諧波電流分量。諧波大小主要與PI控制器參數(shù)、衰減時(shí)間常數(shù)τ以及功率的基頻振蕩幅值相關(guān)。

根據(jù)圖3（a）所示的轉(zhuǎn)子（1+s）fs諧波電流等效電路還可以計(jì)算定子諧波電流其歸算到定子側(cè)為定子電流二次諧波分量，解析式可表示為：

同理可知，定子短路電流二次諧波分量的大小主要與PI控制器參數(shù)、衰減時(shí)間常數(shù)以及功率的基頻振蕩相關(guān)。

3　算例分析

3.1Crowbar動(dòng)作后的DFIG諧波電流仿真

利用PSCAD/EMTDC搭建DFIG并網(wǎng)短路仿真模型，仿真系統(tǒng)的基波頻率為60 Hz。系統(tǒng)接線如圖4所示，DFIG通過升壓變壓器與無窮大電網(wǎng)相連。電網(wǎng)故障前，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速約為1.25 pu，即s=-0.25。此時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差頻電流的頻率為15 Hz，定子轉(zhuǎn)速頻電流的頻率為75 Hz。仿真使用的DFIG參數(shù)見表1。

圖4　帶Crowbar保護(hù)的DFIG仿真系統(tǒng)Fig.4　Simulation system of DFIG with crowbar circuit

表1　DFIG參數(shù)Tab.1Parameters of DFIG

3.1.1轉(zhuǎn)子故障電流諧波特性的仿真分析

在t=3.0s時(shí)，升壓變壓器高壓繞組出線端（如圖4所示故障點(diǎn)）發(fā)生A相接地故障，故障相相電壓下降約70%，此時(shí)由Crowbar保護(hù)電路動(dòng)作將轉(zhuǎn)子側(cè)變流器短接。

通過全周波傅氏算法計(jì)算轉(zhuǎn)子故障電流中（1+ s）fs分量和（2+s）fs分量的含量，由圖5可知，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器退出后，轉(zhuǎn)子電流dq軸分量的基頻周期分量和二倍頻分量的含量都極低（三相靜止坐標(biāo)系內(nèi)的（1+s）fs分量和（2+s）fs分量分別對(duì)應(yīng)dq坐標(biāo)系下的基頻分量和二倍頻分量）。仿真結(jié)果證明當(dāng)未引入轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制作用時(shí)，轉(zhuǎn)子諧波電流不含有（1+s）fs和（2+s）fs分量。

圖5　Crowbar動(dòng)作后的轉(zhuǎn)子電流dq軸分量頻率分析Fig.5　Frequency analysis of rotor current in dq axis coordinate system after crowbar action

3.1.2定子短路電流諧波特性的仿真分析

如圖6所示為A相短路故障下的定子短路電流波形，采用全周波傅氏算法計(jì)算定子A相短路電流的諧波含量，如圖7所示。從圖中可以明顯看到電網(wǎng)故障期間，定子短路電流除包含基頻（60 Hz）周期分量外，還包含較大的轉(zhuǎn)差頻（75 Hz）周期分量。測(cè)量得到的頻率小于基頻的周期分量含量較高，主要是受到衰減直流分量的影響。

圖6　定子短路電流Fig.6　Stator short circuit current

3.2Crowbar未動(dòng)作時(shí)的DFIG諧波電流仿真

3.2.1轉(zhuǎn)子故障電流諧波特性的仿真分析

在t=6.0 s時(shí)，升壓變壓器高壓繞組出線端發(fā)生A相接地故障，故障相相電壓下降約40%，此時(shí)轉(zhuǎn)子Crowbar保護(hù)不動(dòng)作。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的雙PI控制器參數(shù)見表2。

圖7　定子短路電流諧波分析Fig.7　Frequency analysis of stator short circuit current

采用全周波傅氏算法計(jì)算轉(zhuǎn)子故障電流dq軸分量的諧波成分，如圖8所示。由圖可知，電網(wǎng)非對(duì)稱故障時(shí)，轉(zhuǎn)子電流dq軸分量除含衰減的基頻周期分量外，還含有穩(wěn)定的二倍頻周期分量。通過與3.1節(jié)的仿真結(jié)果對(duì)比可知，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制作用是產(chǎn)生轉(zhuǎn)子諧波電流（1+s）fs分量和（2+s）fs分量的主要原因。

表2　PI控制器參數(shù)Tab.2Parameters of PI controller

圖8　dq軸坐標(biāo)系內(nèi)轉(zhuǎn)子電流諧波分析Fig.8　Frequency analysis of rotor current in dq axis coordinate system

3.2.2定子短路電流諧波特性的仿真分析

圖9表示A相短路故障下Crowbar未動(dòng)作時(shí)的DFIG定子短路電流波形。

圖9　定子短路電流Fig.9　Stator short circuit current

表3為機(jī)端電壓不同跌落情況下的定子電流二次諧波百分比。仿真結(jié)果表明：電網(wǎng)短路故障期間，DFIG定子短路電流中包含較高含量的二次諧波分量，并且隨著電壓跌落情況加劇，定子電流二次諧波含量將隨之增加。

表3　不同電壓跌落情況下的二次諧波含量Tab.3　Percentage of second harmonic current in different voltage drops

4　結(jié)論

隨著大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行，對(duì)于DFIG短路電流特性，特別是諧波特性的分析顯得越來越重要。本文分析了電網(wǎng)發(fā)生非對(duì)稱故障后，DFIG定轉(zhuǎn)子諧波電流的特性，對(duì)分析大規(guī)模風(fēng)電接入系統(tǒng)后的LVRT特性有理論參考和實(shí)踐意義。文章得到以下有益的結(jié)論：

1）電網(wǎng)發(fā)生不對(duì)稱短路故障后，當(dāng)Crowbar動(dòng)作時(shí)，DFIG定子短路電流主要諧波分量為轉(zhuǎn)速頻周期分量，其產(chǎn)生原因是由于轉(zhuǎn)子故障電流中較大的暫態(tài)直流沖擊分量經(jīng)電磁耦合后在定子側(cè)產(chǎn)生轉(zhuǎn)速頻電動(dòng)勢(shì)，其大小與機(jī)組參數(shù)、機(jī)端電壓跌落程度、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以及故障發(fā)生時(shí)刻相關(guān)，并以衰減時(shí)間常數(shù)τr最終衰減至零。

2）電網(wǎng)發(fā)生不對(duì)稱短路故障后，當(dāng)Crowbar未動(dòng)作時(shí)，由于轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制作用，轉(zhuǎn)子故障電流中包含（1+s）fs、（2+s）fs倍頻的諧波分量；轉(zhuǎn)子諧波電流（1+s）fs分量經(jīng)耦合后在定子繞組中產(chǎn)生二次諧波電流分量。

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（編輯黃晶）

Analysis on Harmonic Current of Double Fed Induction Generator Considering Low Voltage Ride Through

HU Junhui1，QI Xiaoguang2
（1.State Grid Beijing Economic Research Institute，Beijing 102209，China；2.State Grid Hebei Economic Research Institute，Shijiazhuang 050000，Hebei，China）

Double fed induction generator（DFIG）is the most widely used wind generator.Because of its special structural design the operating characteristic of DFIG becomes much complicated during fault，especially under the low voltage ride through，and the output of DFIG has caused a series of effects on the safe operation of power grid and relay protection.At present a lot of research has focused on the short-current characteristic of DFIG，but the study of the harmonic current is rarely reported.This paper studies on the stator harmonic current and rotor harmonic current of DFIG during asymmetric fault with consideration of the effect of LVRT.From the perspective of electromagnetic transients，the analytic expressions of the DFIG stator harmonic current are derived in detail under the condition of Crowbar action.The generation mechanism of the harmonic current on the stator and rotor of DFIG caused by the converter control is researched under the condition of the crowbar inaction.The conclusion made is verified by simulation.

DFIG；LVRT；asymmetric short circuit；converter control；harmonic analysis

1674-3814（2015）07-0106-08中圖分類號(hào)：TM352

A

2015-01-09。

胡君慧（1965—），男，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事電網(wǎng)及新能源設(shè)計(jì)咨詢工作；

齊曉光（1989—），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡p饋風(fēng)電機(jī)組故障特性分析。