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隨著經(jīng)濟(jì)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(diǎn)。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(jī)具有調(diào)節(jié)快速、解耦的有功無功功率控制、變速恒頻運(yùn)行、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，成為目前較為常用的主流機(jī)型。但是定子側(cè)對(duì)于電網(wǎng)故障的感受能力很強(qiáng)，在機(jī)端電壓驟降時(shí)，會(huì)引起風(fēng)電機(jī)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(huì)造成風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)，隨著風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)容量的提高，可能會(huì)引起系統(tǒng)潮流的大范圍波動(dòng)，甚至崩潰。

圖1 雙饋風(fēng)機(jī)模型

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

針對(duì)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(bào)》上撰文，首先從機(jī)理和磁鏈角度出發(fā)，分析機(jī)端電壓跌落時(shí)雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)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(duì)短路電流的影響，并綜合考慮撬棒動(dòng)作時(shí)間，將故障過程分為兩個(gè)階段。以轉(zhuǎn)子暫態(tài)磁鏈作為連接兩個(gè)階段的紐帶，對(duì)計(jì)及阻容式撬棒投入時(shí)間的定轉(zhuǎn)子短路電流解析式進(jìn)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(dá)式。

圖2 改進(jìn)撬棒電路結(jié)構(gòu)

研究人員在Matlab/Simulink平臺(tái)上搭建1.5MW雙饋風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)模型，對(duì)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(jìn)行驗(yàn)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(shí)，計(jì)及阻容式撬棒動(dòng)作時(shí)間的定轉(zhuǎn)子短路電流表達(dá)式，并分析了不同動(dòng)作時(shí)間對(duì)短路電流的影響。據(jù)此表達(dá)式可以從消除直流分量、抑制浪涌電流等方面考慮設(shè)計(jì)具體的撬棒參數(shù)。

2）通過對(duì)短路電流表達(dá)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(shí)，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(jī)低電壓穿越能力，并改善了雙饋風(fēng)機(jī)的頻偏特性。