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基于Crowbar的双馈异步风力发电系统低压穿越的仿真与分析
摘要
随着对清洁能源的需求不断增长，风力发电系统也变得越来越重要。由于风的不稳定性和不可控性，风力发电系统需要能够快速地适应不同的风速，并保证对电网的稳定输出。本文基于Crowbar的双馈异步风力发电系统进行了仿真与分析，探究了该系统在低压穿越的情况下的运行情况。
关键词：风力发电系统，异步发电机，低压穿越，Crowbar，仿真分析
引言
风力发电系统已经成为清洁能源领域的热门话题，其在减少化石燃料消耗，减少碳排放等方面具有很大的优势。然而，由于风的不可控性和不稳定性，风力发电系统需要能够快速地适应不同的风速，并保证对电网的稳定输出。在这种情况下，风力发电系统的控制系统变得尤为关键。
异步发电机是风力发电的常用发电机，由于其简单、结构紧凑，容易维护等优点，被广泛应用。在风力发电系统中，异步发电机往往采用双馈结构，可以通过控制功率电子器件的变换器控制转速和电压等参数。然而，在低电压穿越的情况下，异步发电机的控制会受到很大的制约，如果不能及时调整控制策略，可能会对系统稳定性造成影响。
本文基于Crowbar的双馈异步风力发电系统进行了仿真与分析，探究了该系统在低压穿越的情况下的运行情况，为风力发电系统的控制提供一定的参考。
系统结构
图1显示了双馈异步风力发电系统的基本结构。
其中，图中的PMSG表示永磁同步发电机，其输出功率为PG，可以直接通过功率电子器件的变换器进行控制。图中的DFIG表示双馈异步发电机，其转子由功率电子器件的变换器控制，转子的电压和电流的控制需要使用到转子侧的控制系统。
Crowbar是双馈异步发电机中常用的保护装置，在电网过压或转子绕组发生短路时可以及时将电流分流，以保护发电机和逆变器等设备。
系统控制
图2显示了双馈异步风力发电系统的控制框图。
在低风速的情况下，双馈异步发电机率先启动，并且通过功率电子器件的变换器将输出功率PG传递给电网。而在风速达到一定阈值后，开始启动永磁同步发电机，同时将其与双馈异步发电机进行耦合。在这种情况下，转子侧的变频器控制非常关键，需要调节转子电流和电压等参数，保证双馈异步发电机的控制性能。
当电网发生故障或出现过电压时，Crowbar将立即启动，并通过分流电流来保护发电机和逆变器等设备。
仿真分析
在本次仿真分析中，我们假设风速从初始值逐渐增加至额定风速，同时考虑在某一时间节点电网出现故障的情况。
图3显示了在无故障情况下，双馈异步发电机的输出功率和电压随着风速的变化曲线。
可以看出，当风速较低时，系统采用双馈异步发电机进行发电，其输出功率随着风速的增加也在不断增加。当风速超过一定阈值后，系统开始启动永磁同步发电机，并逐步将输出功率由双馈异步发电机转移到永磁同步发电机。在此过程中，转子侧的变频器控制非常关键，需要通过调节转子电流和电压等参数来保证双馈异步发电机的控制性能。
图4显示了在有故障情况下，双馈异步发电机的输出功率和电压随着时间的变化曲线。
可以看出，在电网出现故障的情况下，Crowbar立即启动，并分流电流来保护发电机和逆变器等设备。在此过程中，双馈异步发电机的输出功率有所下降，但并不会受到过大的影响，系统稳定性得到了保证。
结论
本文研究了基于Crowbar的双馈异步风力发电系统低压穿越的仿真与分析。通过对该系统的结构和控制进行分析，探究了其在低电压穿越的情况下的运行情况。仿真结果表明，在电网出现故障的情况下，通过启动Crowbar及时保护发电机和逆变器等设备，可以保证系统的稳定性和可靠性。
此外，随着风力发电技术的不断发展，双馈异步发电机控制策略也在不断完善。未来的研究方向可以结合实际工程经验，探究双馈异步发电机控制策略的优化和改进。
参考文献
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