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隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，傳統(tǒng)能源的短板日益明顯，需要尋找新的可替代能源，在這樣的大趨勢下，風(fēng)能及太陽能等綠色可再生能源逐漸成為發(fā)展的重點。而其中風(fēng)能作為一種可再生的無污染的清潔能源，在世界各地得到了大力發(fā)展應(yīng)用，成為各國能源結(jié)構(gòu)中不可或缺的部分。

雙饋式感應(yīng)發(fā)電機具有調(diào)節(jié)快速、解耦的有功無功功率控制、變速恒頻運行、造價低廉等優(yōu)點，成為目前較為常用的主流機型。但是定子側(cè)對于電網(wǎng)故障的感受能力很強，在機端電壓驟降時，會引起風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子側(cè)的大電流和過電壓。由于變流器容量小，難以承受高電壓大電流，會造成風(fēng)電機組脫網(wǎng)，隨著風(fēng)電機組并網(wǎng)容量的提高，可能會引起系統(tǒng)潮流的大范圍波動，甚至崩潰。

圖1 雙饋風(fēng)機模型

目前，雙饋式風(fēng)電機組對于過電流、過電壓的保護主要采用Crowbar保護電路，該電路能夠有效地提高風(fēng)機的低電壓穿越能力。但是相關(guān)文獻在研究過程中，對雙饋風(fēng)機故障后的暫態(tài)特性進行了非常深入的研究，并對撬棒保護電路投入后定轉(zhuǎn)子電流表達式進行了推導(dǎo)，同時還分析了影響短路電流的多種因素。但多是針對傳統(tǒng)的電阻式撬棒進行解析推導(dǎo)，而對新型的阻容式撬棒短路電流的推導(dǎo)文獻較少。大多是從理論方面分析，鮮有文獻進行解析式的推導(dǎo)，暫未有文獻對考慮阻容式撬棒動作時間的短路電流解析式進行推導(dǎo)。

針對上述問題，昆明理工大學(xué)電力工程學(xué)院的研究人員楊興雄、束洪春 等，在2021年第22期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文，首先從機理和磁鏈角度出發(fā)，分析機端電壓跌落時雙饋式感應(yīng)發(fā)電機短路電流特性。在此基礎(chǔ)上，研究電阻串聯(lián)電容的阻容式撬棒電路對短路電流的影響，并綜合考慮撬棒動作時間，將故障過程分為兩個階段。以轉(zhuǎn)子暫態(tài)磁鏈作為連接兩個階段的紐帶，對計及阻容式撬棒投入時間的定轉(zhuǎn)子短路電流解析式進行推導(dǎo)，結(jié)合解析式并從消除轉(zhuǎn)子短路電流暫態(tài)直流分量角度考慮推出電容的表達式。

圖2 改進撬棒電路結(jié)構(gòu)

研究人員在Matlab/Simulink平臺上搭建1.5MW雙饋風(fēng)機動態(tài)模型，對短路電流解析式的正確性以及阻容式撬棒在抑制轉(zhuǎn)子浪涌電流、改善無功功率吸收、濾除轉(zhuǎn)子側(cè)故障電流直流分量等方面的有效性進行驗證。

圖3 仿真系統(tǒng)等效電路

他們得到以下結(jié)論：

1）采用故障分量法及拉式變換法推導(dǎo)得到電網(wǎng)發(fā)生三相電壓跌落故障時，計及阻容式撬棒動作時間的定轉(zhuǎn)子短路電流表達式，并分析了不同動作時間對短路電流的影響。據(jù)此表達式可以從消除直流分量、抑制浪涌電流等方面考慮設(shè)計具體的撬棒參數(shù)。

2）通過對短路電流表達式及仿真的分析，投入阻容式撬棒后，定子短路電流主要是基頻穩(wěn)態(tài)分量、衰減直流分量，轉(zhuǎn)子短路電流主要是差頻分量、衰減轉(zhuǎn)速頻率分量。同時，仿真分析發(fā)現(xiàn)，新型阻容式撬棒能更有效地抑制轉(zhuǎn)子浪涌電流、減少無功功率的吸收、消除轉(zhuǎn)子短路電流中的直流分量以及該直流在定子側(cè)產(chǎn)生的衰減轉(zhuǎn)速頻率分量，提高了風(fēng)機低電壓穿越能力，并改善了雙饋風(fēng)機的頻偏特性。