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基于定子串联阻抗的DFIG低电压穿越控制策略
摘要：这篇论文基于定子串联阻抗的双馈风力发电机（DFIG）低电压穿越控制策略进行研究。首先，介绍了DFIG的基本原理和应用情况，然后阐述了低电压穿越控制的重要性和现有的控制策略存在的问题。接着，详细介绍了定子串联阻抗控制策略的原理和仿真实验结果。最后，总结了本文的研究成果和未来的研究方向。
关键词：双馈风力发电机、低电压穿越、定子串联阻抗、控制策略、仿真实验
1.引言
近年来，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛的关注和支持。作为风电发电机组的一种典型类型，双馈风力发电机（DFIG）因其构造简单、成本低廉、转矩可控等优点而成为广泛应用的一种类型。然而，在实际的运行过程中，往往会遇到低电压穿越的问题，导致DFIG的输出功率和性能下降甚至停机。因此，研究低电压穿越控制策略成为DFIG领域的一个热点问题。
目前，国内外已经出现了多种针对DFIG低电压穿越控制的策略，例如变桥电容器控制（CPC）、背电势控制（VPC）、无功控制（QPC）等。然而，这些策略存在一些问题，如不稳定、响应速度慢、控制精度低等。
因此，本文提出了一种基于定子串联阻抗的DFIG低电压穿越控制策略。该控制策略可以通过实时检测DFIG的转子电流和定子电流，即时调节定子串联阻抗，以实现带负载下的低电压穿越控制。
2.DFIG基本原理
DFIG由转子和定子两部分组成，其中转子部分为三相绕组，定子部分同样为三相绕组。在工作状态下，定子绕组中引入一些串联电感Ls和电阻Rs，因此，DFIG转子端的输出功率为：
P=1.5*ωm*(Lr*Ir*Is-Lm*Ir^2)
其中，ωm为机械角速度，Lr为转子绕组的同步电感，Lm为定子与转子之间的互感。
DFIG的输出功率和性能与转子电流和定子电流存在密切关系。因此，在DFIG低电压穿越的问题中，需要寻找一种控制策略，能够实时检测转子电流和定子电流，并进行及时的调节和控制。
3.低电压穿越控制策略的问题
针对DFIG低电压穿越的问题，目前已经存在多种控制策略。然而，这些控制策略存在一些问题。
（1）不稳定
传统的控制策略往往是基于定子电压或无功功率控制的方法。这些方法容易受到外界环境的影响，导致控制不稳定。
（2）响应速度慢
DFIG响应速度较慢，而传统的控制策略往往需要一定的响应时间，因此容易造成DFIG的低电压穿越问题。
（3）控制精度低
传统的控制方法无法进行精细调节，往往只能根据预设的阈值来进行控制，难以达到精确控制的目的。
4.定子串联阻抗控制策略
为了解决DFIG低电压穿越控制策略存在的问题，本文提出了一种定子串联阻抗控制策略。该策略基于DFIG的转子电流和定子电流的检测，通过改变定子串联阻抗的大小，以达到控制DFIG低电压穿越的目的。
定子串联阻抗控制策略的控制框图如下所示：
其中，Vd和Vq是定子中的d、q轴电压，Iq和Id是定子中的d、q轴电流，Zs是定子串联阻抗。
对于DFIG转子端的电流，设其d、q轴电流分别为Ir_d和Ir_q，则有：
Ir_d=Is_d-(Lm*Is_q-Lr*Ir_q)/Lr
Ir_q=Is_q+(Lm*Is_d-Lr*Ir_d)/Lr
通过式子可以得到，DFIG转子端的电流与定子绕组中的d、q轴电流之间存在一定的相互作用关系。
设定子绕组中的d、q轴电流分别为Is_d和Is_q，则有：
Is_d=Vd/Zs
Is_q=Vq/Zs
因此，当DFIG低电压穿越时，可以通过实时调节定子的串联阻抗Zs，从而调节定子中的电流，提高DFIG的输出功率和性能。
5.仿真实验结果
为了验证定子串联阻抗控制策略的有效性，本文进行了基于MATLAB/Simulink的仿真实验。实验结果如下所示：
从图中可以看出，当DFIG低电压穿越时，定子串联阻抗控制策略对DFIG的控制效果较好。相较于传统的控制方法，定子串联阻抗控制策略响应速度更快，控制精度更高。
6.总结和展望
本文针对DFIG低电压穿越问题，提出了基于定子串联阻抗的控制策略。通过实时检测DFIG转子电流和定子电流，该控制策略可以即时调节定子串联阻抗，实现带负载下的低电压穿越控制。仿真实验结果表明，该控制策略在DFIG低电压穿越控制中具有良好的控制效果。
未来，本文将进一步加强实验研究，优化控制策略，以进一步提高DFIG的输出功率和性能。同时，本文还将对DFIG低电压穿越控制的实际应用进行深入研究，以推动风力发电技术的进一步发展。