Page 70 - 电力与能源2024年第六期

706 甘恭维：含双馈风力发电机组的配电网故障特征研究

同的新能源发电系统、电力电子装置及控制策略，
会导致三相电网发生故障后故障电流的特性存在
较大差异。与此同时，电力系统和电网的电流故
障保护装置需根据故障电流的特性进行设计，因
此需要研究故障电流的特性。
本文分析以双馈风力发电机组（DFIG）为供

电电源、三相并网逆变器为电力电子装置的分布
式供电系统，在公共耦合点处发生三相短路故障
时 故 障 电 流 的 特 性 ，为 后 续 建 设 保 护 系 统 提 供
依据。

1 双馈风力发电机

1.1 双馈风力发电机组的结构
DFIG 的典型结构如图 1 所示，包括双馈发电
图 2 变流器拓扑结构
机、机侧变流器、网侧变流器、变压器、风机齿轮
箱、风叶、直流母线电容等组件。 速度。
双馈异步电机在两相旋转 d，q 坐标系下的数

学模型可表示为
ì dψ ds
ï ï u ds = r s i ds +
ï ï dt - ω 1 ψ qs
í （2）
ï ï dψ qs
ï ï u qs = r s i qs + dt + ω 1 ψ ds
î
ì dψ dr
ï ï u dr = r r i dr +
ï ï dt - ω 2 ψ qr
í （3）
图 1 双馈风力发电机组结的典型结构 ï ï dψ dr
ï ï u dr = r r i dr + dt - ω 2 ψ qr
网侧变流器和机侧变流器拓扑结构分别如图 î
式中 d——d 轴分量；q——q 轴分量；ω 1——同
2（a）和图 2（b）所示。图 2 中：E 表示直流母线电
i
压；C 表示直流母线电容； a，i b，i c 为网侧变流器输 步旋转角速度；ω 2——同步旋转角速度与转子实
入三相电流；L ac，C 1，L g 构成了网侧 LCL 滤波器；R 际旋转角速度之间的差值。

e
为网侧输电线路的等效阻抗； a，e b，e c 为网侧三相 1.3 双馈风力发电机组的控制策略
i
电压； ra，i rb，i rc 表示双馈风力发电机的三相电流。 双馈风力发电机组常采用矢量控制策略，对
其转子电流进行控制的方程可表示为
1.2 双馈风力发电机组的数学模型
双馈异步电机在三相静止坐标系下的数学模 ì k dr2
*
ï ï u′ dr =( k dr1 + )( i dr - i dr )
型可表示为 ï ï s （4）
í
ï ï k qr2
*
ì dψ s ï ï u′ qr =( k qr1 + )( i qr - i qr )
ï ï u s = r s i s + î s
ï ï dt
í （1） 式 中 上 标 *—— 参 考 值 ；上 标 ′—— 控 制 参 数 ；
ï ï dψ r
ï ï u r = r r i r - jω r ψ r + dt k dr1，k dr2——d 轴电流的 PI 控制器中比例系数与积
î
k
式中 u s，i s，ψ s，r s——DFIG 的定子侧电压、电流、 分系数； qr1，k qr2——q 轴电流的 PI 控制器中比例系
磁链及等效电阻；u r，i r，ψ r，r r——DFIG 的转子侧电 数与积分系数；
s——拉普拉斯算子。
压、电流、磁链以及等效电阻；ω r——转子旋转角 则 DFIG 的电压控制方程可表示为