改进控制策略与硬件电路结合的故障穿越方法分析

丁凯 陈涛 苏冉

摘 要：双馈风力发电机组，在运行与生产电力的过程中，通过传统的矢量控制策略的引导，可以充分发挥动态与静态结合的优势，然而一旦发生故障问题，就会失去控制能力。由此，本文从控制策略的改进模型入手，对附加硬件电路控制方法进行分析，并分别从转子串电阻的保护电路与直流卸荷电路两个方面入手，对其优化方法进行分析，从而减少系统受到负面影响内容。

关键词：风力发电；改进控制；硬件电路；故障穿越

引言：风能资源的开发，是能源战略发展的必然，也是经济发展的客观需求。由此，我国十分重视风力发电行业技术发展内容。随着规模条件的不断壮大，当前风力发电工作中也暴露出了明显的问题，并为风力发电的持续性健康发展带来了阻碍。因此，必须从控制模型的内容入手，对其运行状态进行优化，通过有效的执行策略使其表现出更好的状态条件，提高风力发电的发展水平。

一、改进控制模型

矢量控制下的传统方法，没有对定子励磁的动态变化情况进行控制，因此，在执行系统稳定性控制模型的过程中，完成简化DFIG模型的控制内容，无法实现对电压跌落问题的控制[1]。所以，必须通过附加硬件电路的方式对其进行优化，通过对系统的扰动，降低电压跌落条件下的系统故障发生条件。

模型构成上，定子与转子的控制，都采用双馈发电机的惯性工作方式，并尝试将转子侧的折算内容转化到定子测，将DFIG的同步旋转条件，控制在dq坐标系中，由此得到具体的电压方程与磁链方程。由于电网电压在正常运行过程中，定子磁链的稳定性条件，以及发生跌落后的动态变化阈值，可以此两项数据内容作为基础，完成定子激励电流的动态变化控制策略，实现控制模型的稳定性改造。

二、附加硬件电路控制

在电压方程与磁链方程方程的计算方法下，可以直接计算出转子电压的不同表现形式，并通过转子瞬态电感与瞬态电阻的阈值，完成附加硬件电路控制参数的计算。通过对计算结果的比对分析，增大转子回路、定子回路電阻的运行数据，都会产生转子瞬态电阻增加的效果[2]。在实务操作中，可以通过串联电路接入位置的差异化条件，将电阻保护电路分为定子串与转子串两种类型。在敏感程度上，定子串要明显的优于转子串，仅受到很小部分的限流电阻，就可直接抑制转子过电流的问题，同时，定子串在电阻方案中，由于承载信息的内容较多，在容量消耗上也相对较为突出。所以必须通过转子串的优化路径，完成附加硬件控制内容。

（一）转子串电阻的保护电路

应用转子串电阻设置保护电路，必须在整体系统中首先确定最严重的电压故障条件，并在参数模拟中，尝试分析测转子故障电流在此条件下可能会产生的最大值信息。另外，电子绕组与转子侧变器之外，是产生限阻电流的环境，在发生故障的同时，转子侧边器设备仍然处在工作的状态，因此，在对保护电路进行控制的方法中，必须对其所能承受的电压阈值进行分析，并尽可能确定最大电压的具体数值，以此完成计算内容。

在得到以上出限制条件的基础上，可以通过转子侧换流器对于转子绕组的电压，计算出具体转子相电流的具体数值，然后通过三角函数的方式，完成各项最大值的计算。根据运行数据参数的便捷条件，可以直接得出转子电流中的具体安全限值参数，以及转子变换器的电压安全限值。最后，在通过时间参数的带入，完成转子串的电阻值，进而完成限流电阻阻值计算。

进行模型设计的工作中，应将限流电阻与旁路开关最为基本保护电路构成条件，并使用拓扑结构对开关进行控制。由于保护电路是以扰动整体系统作为基础条件的，因此，必须在对安全值与电流参数进行分析的基础上，才能确定保护电路的接入。而这一点必须得到技术人员的高度重视，不能在进行设备维护的过程中，在发生故障时直接将电路接入系统中，由此降低保护电路对于设备的影响，提高保护电路使用的科学性。

（二）直流卸荷电路控制方法

卸荷电路的控制作用，是通过绝缘栅双极管晶体管、二极管、卸荷电阻等功能结构构成的。在控制过程中，主要通过对卸荷电路的切入、切出实现故障阶段的电压稳定性维持。

为了保证控制方法的有效性，必须从卸荷电阻的阻值确定入手，通过选择适当的电阻值，提高系统的暂态性能优质，从而完成简单的控制内容[3]。在计算内容中，需将直流母线的合理电压最大值、转子侧变换器输出功率、网测变换器输出功率作为基本的参数控制内容，完成直流测点容压的控制计算。另外，还需在忽略电路非线性元件影响条件的基础上，根据卸荷电阻使用中的发热条件，适当控制安全数值，以此保证功率参数的稳定性条件。

与转子串电阻的保护电路方法相类似，必须在对相应参数条件进行核对的基础上，才能确定卸荷电路的实用性条件，达到降低负面影响的效果。如果直流母线的电压值超过了1.2p.u.的大限定值，必须对功率开关进行闭合处理投入卸荷电路，以此消耗掉多余的电流条件，保证直流母线电压的稳定性水平，如果电压在1.2p.u.的阈值内，则无需进行卸荷电流接入。

总结：附加硬件电路控制方案，是结合硬件设施升级执行的控制策略，在技术应用中，可以此保证双馈风力发电机组的正常运行，通过穿越电网故障的方式，完成电力控制内容，从而达到控制转子过电流的情况。同时，通过本文提到的技术方法，可以充分满足我国电网规范管理下的故障穿越要求，将故障内容控制在暂态特征下，进而达到风电机组运行稳定性的提升。

参考文献：

[1]王蕊.风力发电并网逆变器直接功率控制改进策略的研究[J].齐鲁工业大学学报，2018，32（04）：76-80.

[2]李耀东，樊志超.风力发电的创新必要性?发展条件及前景探析[J].南方农机，2018，49（13）：192.

[3]邵一川，朱江宁，徐志英，等.微电网故障时风力发电机组结构载荷暂态分析[J].沈阳大学学报（自然科学版），2017，29（06）：473-478.