基于双环几何控制的定子磁通控制方法，用于提升双馈式风力发电系统（DFIG）的低电压穿越（LVRT）性能

《IEEE Transactions on Sustainable Energy》：Dual-Loop Geometric Control of Stator Flux for Improved LVRT Response in DFIG-Based Wind Turbine Systems

针对双馈感应发电机（DFIG）在电网故障中的暂态问题，提出了一种双环状态平面架构，通过外环几何控制器实现快速运行恢复（<20ms）和功率参考跟踪，有效提升低电压穿越能力，经数学分析与仿真验证。

　　

摘要：

基于双馈感应发电机（DFIG）的风力涡轮机对电网扰动特别敏感，这会对整个电力系统的稳定性产生影响。尽管存在某些系统扰动，电网规范仍要求DFIG持续运行。在三相电压下降期间，固定在发电机定子上的自然磁通量的衰减会在转子绕组中产生较大的电压，导致转子变换器饱和并可能对系统造成损坏。本文提出了一种新颖的双环状态平面控制架构，用于解决定子磁通量的瞬态问题，使系统能够快速有效地恢复正常运行并跟踪功率参考值。提出了一种外部环几何控制器，作为在解耦状态空间中实现快速可控瞬态的框架，并考虑了多种参考几何结构。所提出的控制结构为稳态和瞬态运行条件提供了独特的连续解决方案，无需任何额外的硬件、开关电路或故障检测机制。通过基于性能的调优来确定一个控制器，该控制器能够在各种电网故障水平下优化性能指标。结果表明，即使在最极端的电网故障情况下，所提出的控制器也能实现快速瞬态响应，并在不到一个线周期（20）的时间内完成功率参考值的跟踪。所提出的控制器得到了详细的数学分析支持，并通过仿真结果得到了验证。

引言

由于现代电网中风力发电量的增加，发电系统必须保持高度的稳定性。由于双馈感应发电机（DFIG）可以通过电子功率变换器仅处理部分功率的同时，实现对涡轮机速度和无功功率注入的控制，因此它们成为风能系统的常用配置。由于定子直接连接到电网，DFIG对扰动非常敏感。电力运营商要求在三相电网故障期间，发电站应在跳闸前保持连接一段时间，这一时间段被称为低电压穿越（LVRT）[1]。