【摘 要】针对双馈异步风力发电机（Doubly Fed Induction Generator，DFIG）在电网电压跌落条件下要实现低电压穿越的问题，建立了完整的电气-机械耦合模型，设计了撬棒保护与定子侧串联阻抗相结合的保护策略，实现了对DFIG在电网故障条件下的全面保护。该保护策略在抑制定子电流和电磁转矩的暂态峰值、电磁转矩峰值等方面具有较大优势，同时提高系统的恢复能力至100%。撬棒保护与定子侧串联阻抗相结合的保护策略对风电系统的电网友好性和可靠性提升具有重要的理论意义和实用价值。

【关键词】双馈感应发电机；低电压穿越；撬棒保护；定子侧串联阻抗；MATLAB仿真

引言

能源的开发利用贯穿人类文明发展史，以风力发电为代表的可再生能源的开发利用日益更新并不断被人类发掘。双馈式风力发电机组凭借突出的经济性和维护便利性，占据当前风电系统技术路线的主导地位，研究其低电压穿越能力对保障电网可靠运行具有重要意义。

近年来，国内外学者对DFIG的低电压穿越能力进行了广泛研究，提出了多种保护策略和控制方法。从保护策略角度来看，主要包括硬件保护和软件控制两个方向。在硬件保护方面，撬棒保护是最早应用的一种方法，通过在转子回路中并联电阻，限制转子过电流，保护变流器免受损害[1]。除了撬棒电路，还有其他硬件保护实现机组的低电压穿越，如定子串联阻抗[2]、改进的直流斩波器[3]、动态电压恢复器[4]、静止无功补偿器、多电平换流器等。在软件控制方面，主要通过改进控制策略，提高系统在故障条件下的稳定性和控制性能，如在变换器控制环节加入补偿量以抑制转子暂态过电流、基于矢量（如基于电压定向或磁场定向等）的控制定子磁链相位动态补偿、前馈电流参考控制、虚拟阻抗、嵌入能量存储系统、配备超导故障电流限制器（Superconducting Fault Current Limiter，SFCL）和超导磁能存储（Superconducting Magnetic Energy Storage，SMES）等措施。

尽管已有大量研究成果，现有保护策略仍存在一些问题：单一保护措施难以满足全面保护需求；保护参数优化缺乏系统方法；不同保护策略的协同效应研究不足；故障特性对系统性能的影响分析不够深入。

基于MATLAB数值仿真平台研究DFIG低电压穿越能力，可以在不依赖实际设备的情况下，全面分析系统在各种故障条件下的动态响应特性，评估不同保护策略的效果，优化保护参数配置，提高DFIG的低电压穿越能力，为实际工程应用提供理论依据和技术支持。

一、影响机理分析及保护策略设计

（一）影响机理分析

电网电压跌落对DFIG的影响涉及电气暂态过程、机械动态特性和控制系统响应等多个方面。在转子参考系中，转子感应电压如式（1）所示：

e′r=LmLsRsψs0e－RsLste－jωrt－j（1－p）UsLmLsej（ωs－ωr）t（1）

其中，Lm表示互感，Ls表示定子自感，t表示时间，j表示虚数单位，Rs表示定子绕组电阻，ψs0表示正常运行时定子磁链，ωs表示定子旋转磁场角速度，ωr表示转子角速度，p表示电压骤降深度，Us表示电网电压。