Crowbar阻值對(duì)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)低電壓穿越特性的影響

栗 然,王 倩,盧 云,劉會(huì)蘭,祝晉堯

（華北電力大學(xué) 新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北 保定 071003）

0 引言

風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響已成為風(fēng)電發(fā)展的重要課題之一。如果大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組從電網(wǎng)解列，就不能支撐電網(wǎng)電壓，進(jìn)而導(dǎo)致連鎖反應(yīng)，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。因此各國(guó)電網(wǎng)的風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)范相繼提出了低電壓穿越LVRT（Low Voltage Ride Through）的要求，即要求風(fēng)機(jī)在一定程度的電網(wǎng)電壓跌落下維持可靠并網(wǎng)運(yùn)行一定時(shí)間，從而為電網(wǎng)提供有功和無(wú)功支持，以利于電網(wǎng)電壓的快速恢復(fù)和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1-3]。

雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)DFIG（Doubly Fed Induction Generator）是目前主流風(fēng)電機(jī)型之一，由于其變換器容量較小，對(duì)電網(wǎng)電壓跌落造成的暫態(tài)過(guò)電流沖擊尤為敏感，需要采取可靠的保護(hù)措施，防止變換器中功率器件損壞[4-6]。從研究方向上看，對(duì)于雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性及其低電壓穿越能力的研究主要集中于3個(gè)方面：①DFIG控制策略的分析和改進(jìn)[7-8]；② DFIG 硬件電路的改進(jìn)[9-10]；③ 在風(fēng)電場(chǎng)出口加裝動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置、DVR、TCSC或串聯(lián)電阻等[11]。通過(guò)改進(jìn)DFIG控制策略提高低電壓穿越能力只適用于并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落不是很嚴(yán)重的情況；改進(jìn)DFIG硬件電路最常見的措施是添加撬棒電路，即 Crowbar。文獻(xiàn)[12-14]指出，Crowbar阻值的選取對(duì)低電壓穿越影響較大，選取合適的Crowbar阻值有利于DFIG實(shí)現(xiàn)低電壓穿越。目前，對(duì)Crowbar保護(hù)下的DFIG動(dòng)態(tài)特性的研究主要集中在Crowbar阻值的選取及其與DFIG暫態(tài)電壓、電流的關(guān)系上，而對(duì)Crowbar阻值與定轉(zhuǎn)子暫態(tài)磁鏈和暫態(tài)電流衰減時(shí)間常數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系方面的研究則并不深入。對(duì)電壓跌落時(shí)DFIG電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的抑制措施也少有文獻(xiàn)研究。

本文研究雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越時(shí)的Crowbar保護(hù)技術(shù)，針對(duì)DFIG機(jī)端發(fā)生三相對(duì)稱短路機(jī)端電壓跌落至零的情況，首先數(shù)學(xué)分析Crowbar阻值對(duì)DFIG運(yùn)行特性、電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的影響；然后在MATLAB/Simulink平臺(tái)上搭建模型，通過(guò)設(shè)定不同電壓跌落程度、不同Crowbar阻值驗(yàn)證理論分析的正確性；最后通過(guò)在Crowbar回路中串聯(lián)附加電感緩和電壓跌落發(fā)生瞬間DFIG電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)。三相短路故障發(fā)生在遠(yuǎn)離機(jī)端的電網(wǎng)導(dǎo)致機(jī)端電壓部分跌落時(shí)，其對(duì)暫態(tài)直流磁鏈、電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的影響規(guī)律相似，只是此時(shí)機(jī)端電壓不再為零，本文不再單獨(dú)分析。

1 Crowbar阻值對(duì)低電壓穿越特性的影響

1.1 Crowbar阻值對(duì)DFIG運(yùn)行特性的影響

1.1.1 理論分析

列寫空間靜止坐標(biāo)系下DFIG的發(fā)電機(jī)矢量方程如式（1）所示[14]。

由式（1）可推得：

其中，u、i、R、L、ψ、ω 分別為電壓、電流、電阻、電感、磁鏈和角頻率；下標(biāo)s和r分別表示定子和轉(zhuǎn)子側(cè)各變量。

以發(fā)電機(jī)出口發(fā)生三相短路故障為例，故障后Crowbar立即投入短接轉(zhuǎn)子，突然發(fā)生的短路故障使定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組中分別感應(yīng)產(chǎn)生相對(duì)定子和轉(zhuǎn)子靜止的暫態(tài)直流磁鏈，將其分別定義為：

其中，ψssn和ψrrm分別為定子和轉(zhuǎn)子暫態(tài)直流磁鏈的空間矢量；ψs0和ψr0分別為定、轉(zhuǎn)子直流磁鏈的幅值；α和α′為初始相位；上標(biāo)s和r分別表示相對(duì)定子和轉(zhuǎn)子靜止的空間坐標(biāo)系下各變量的表達(dá)式；下標(biāo)n和m分別表示定子和轉(zhuǎn)子直流磁鏈作用下產(chǎn)生的各電氣量。將定子和轉(zhuǎn)子暫態(tài)直流磁鏈的特性分開考察，首先假定故障后定子和轉(zhuǎn)子直流磁鏈恒定不變。

設(shè)Rcrowbar為Crowbar電阻阻值，則在出口三相短路且Crowbar投入的情況下應(yīng)滿足：

將式（3）中第 1 式和式（4）中第 2 式代入式（2）并整理得：

其中，β=α-90°。

將式（5）變換到轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下可得：

將式（6）整理成相量的形式如式（7）所示：

則：

不計(jì)勵(lì)磁支路電流，近似認(rèn)為：

將式（8）代入式（9）并變換到定子坐標(biāo)系下可得：

β′經(jīng)坐標(biāo)變換后變?yōu)?β″。 由式（8）和式（10）可以得到恒定子直流磁鏈作用下系統(tǒng)的有功損耗為：

對(duì)式（11）進(jìn)行數(shù)學(xué)處理可知，Pn取最大值時(shí)應(yīng)滿足：

此時(shí)有功損耗最大，與之對(duì)應(yīng)的定子直流磁鏈的衰減速度也最高。

以上是對(duì)定子直流磁鏈影響的討論，接下來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)子直流磁鏈的影響進(jìn)行分析。將式（3）中第2式變換到定子坐標(biāo)系下：

其中，α″為轉(zhuǎn)子直流磁鏈變換到定子坐標(biāo)系下的初始相位。

仿照式（2），由式（1）可得：

將式（4）中第 1 式和式（13）代入式（14）可得：

其中，θ=α″+90°。

將式（15）變換成相量表達(dá)式后整理如下：

則：

同理，不計(jì)勵(lì)磁支路電流，得到轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)子電流為：

θ′經(jīng)坐標(biāo)變換后變?yōu)?θ″。 由式（17）、（18）可知，恒轉(zhuǎn)子直流磁鏈作用下系統(tǒng)的有功功耗為：

式（8）表明轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流交流分量的幅值受Crowbar阻值影響，阻值越大，轉(zhuǎn)子電流交流分量的幅值越?。皇剑?8）表明轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流的直流分量幅值的大小與Crowbar電路的具體阻值無(wú)關(guān)。

由于定轉(zhuǎn)子直流磁鏈的衰減速度主要取決于磁場(chǎng)儲(chǔ)能的耗散速度，故本文采用式（11）和式（19）的有功耗散速率來(lái)表征定轉(zhuǎn)子直流磁鏈的衰減速度。式（11）表明，當(dāng) Crowbar阻值大于 Rmcraoxwbar以后，定子直流磁鏈的衰減速度隨著Crowbar阻值的增大而減??；式（19）表明，轉(zhuǎn)子直流磁鏈的衰減速度隨著Crowbar阻值的增大而增大。

1.1.2 仿真驗(yàn)證

研究Crowbar保護(hù)下DFIG動(dòng)態(tài)特性時(shí)，以等值單機(jī)接無(wú)窮大系統(tǒng)機(jī)端三相短路為仿真研究對(duì)象，分析發(fā)電機(jī)自身參數(shù)及Crowbar阻值對(duì)轉(zhuǎn)子電流及定轉(zhuǎn)子直流磁鏈動(dòng)態(tài)特性的影響，仿真模型如圖1所示。

圖1 等值單機(jī)接無(wú)窮大系統(tǒng)Fig.1 Equivalent single-generator connected to infinit system

Crowbar保護(hù)電路采用主動(dòng)式結(jié)構(gòu)，由晶閘管三相整流橋、IGBT開關(guān)元件及卸荷電阻構(gòu)成。

仿真中，t=0.1 s時(shí)機(jī)端發(fā)生三相短路故障，Crowbar保護(hù)迅速動(dòng)作，t=0.2s時(shí)退出，t=0.3s時(shí)故障切除，短路持續(xù)時(shí)間為200 ms。

圖2和圖3分別為定子和轉(zhuǎn)子磁鏈幅值波形（文中圖形縱軸均為標(biāo)幺值），由圖2知，t=0.1s故障發(fā)生時(shí)，定子磁鏈幅值逐漸減小，且隨著Crowbar阻值的增大，定子磁鏈幅值的衰減速度也越慢，表明定子磁鏈直流分量的衰減時(shí)間常數(shù)越小。由圖3知，Crowbar阻值越大，轉(zhuǎn)子磁鏈幅值的衰減速度越快，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子中暫態(tài)直流磁鏈的衰減時(shí)間常數(shù)越大。由于t=0.2s時(shí)Crowbar退出，轉(zhuǎn)子變換器重新投入運(yùn)行，故轉(zhuǎn)子磁鏈幅值在t=0.2s時(shí)出現(xiàn)階梯式增長(zhǎng)。

圖2 定子磁鏈幅值Fig.2 Amplitude of stator flux

圖3 轉(zhuǎn)子磁鏈幅值Fig.3 Amplitude of rotor flux

由圖2同時(shí)可以看出，不論Crowbar阻值的大小，t=0.3s故障切除時(shí)，定子磁鏈的幅值迅速突變到穩(wěn)態(tài)值附近，故障切除時(shí)定子磁鏈中不出現(xiàn)直流分量。

圖4 不同Crowbar阻值下轉(zhuǎn)子三相電流波形Fig.4 Waveforms of three phase rotor currents for different Crowbar resistances

圖4為Crowbar阻值取不同值時(shí)轉(zhuǎn)子三相電流波形。0.1～0.2 s為故障期間Crowbar動(dòng)作時(shí)段，0.2 s時(shí)Crowbar退出、變換器投入但故障仍未切除，0.3 s時(shí)故障切除，DFIG恢復(fù)正常運(yùn)行。

圖4（a）表明Crowbar投入后轉(zhuǎn)子電流直流分量迅速衰減，只維持了Crowbar投入后初始時(shí)刻的幾個(gè)波峰，而由于直流分量的快速衰減，轉(zhuǎn)子電流中僅存在三相對(duì)稱的交流分量，如圖所示，Crowbar投運(yùn)階段轉(zhuǎn)子電流為三相對(duì)稱且緩慢衰減的工頻交流電流。轉(zhuǎn)子交流分量的緩慢衰減意味著定子直流磁鏈的緩慢衰減，當(dāng)Crowbar退出時(shí)定子直流磁鏈未充分衰減，導(dǎo)致變換器重新投運(yùn)后轉(zhuǎn)子電流出現(xiàn)工頻振蕩成分，如圖4（a）中0.2～0.3s時(shí)段的轉(zhuǎn)子電流波形所示。未充分衰減的定子直流磁鏈及其相應(yīng)的轉(zhuǎn)子工頻振蕩電流會(huì)誘發(fā)Crowbar保護(hù)的二次動(dòng)作，從而不利于Crowbar保護(hù)快速穩(wěn)定地退出。

圖4（c）中，轉(zhuǎn)子電流交流分量的衰減速度較圖4（a）中加快，而隨著Crowbar阻值的減小，直流分量的衰減速度變慢，如圖 4（b）、（c）中所示，隨著Crowbar阻值的減小，轉(zhuǎn)子電流直流分量越來(lái)越明顯地“析出”，且0.2 s時(shí)Crowbar退出并未引起轉(zhuǎn)子電流的振蕩。

圖4（b）中轉(zhuǎn)子電流的交流分量和直流分量都取得了較為理想的衰減效果。

綜上可知，在本文的仿真算例中，隨著Crowbar阻值的增大，定子直流磁鏈的衰減速度減小而轉(zhuǎn)子直流磁鏈的衰減速度增大，反之亦然。Crowbar阻值的選取存在一最優(yōu)值，在此最優(yōu)值附近定轉(zhuǎn)子暫態(tài)直流磁鏈及其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流的交直流分量均能得到迅速而有效的衰減，從而有利于Crowbar保護(hù)的快速退出。本例中，Crowbar阻值整定在0.01 p.u.附近時(shí)定、轉(zhuǎn)子直流磁鏈均獲得合適的衰減速度。

由理論分析與仿真波形可知Crowbar阻值的增大能有效抑制轉(zhuǎn)子電流交流量的幅值，轉(zhuǎn)子交流電流幅值的減小并不表示定子直流磁鏈衰減速度的增加。轉(zhuǎn)子直流分量的幅值在圖4中各Crowbar阻值下大致相同，表現(xiàn)為除去交流成分影響后轉(zhuǎn)子電流初始時(shí)刻不對(duì)稱偏移量的大致相同。這與式（18）的結(jié)論一致。

1.2 Crowbar阻值對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的影響

1.2.1 理論分析

經(jīng)Crowbar短接轉(zhuǎn)子的DFIG運(yùn)行于普通異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)狀態(tài)，其電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式為[15]：

其中，m1、Ω1為恒定常數(shù)；U1為定子電壓；s 為轉(zhuǎn)差率；R1、R′2分別為定子繞組電阻和歸算至定子側(cè)的轉(zhuǎn)子繞組電阻；X1、X′2分別為定子繞組電抗和歸算至定子側(cè)的轉(zhuǎn)子繞組電抗。

由式（20）經(jīng)推導(dǎo)可知，若U1和s為常數(shù)，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組電阻滿足式（21）時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩Te取得最大值。

當(dāng)R′2＜R′2max時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩將隨著轉(zhuǎn)子電阻的增大而增大；當(dāng)R′2＞R′2max時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩將隨著轉(zhuǎn)子電阻的增大而減小。因此，Crowbar阻值對(duì)DFIG電磁轉(zhuǎn)矩的影響亦應(yīng)滿足上述規(guī)律。

又知，Crowbar短接轉(zhuǎn)子下DFIG的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程為[15]：

式（22）表明，當(dāng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩Tm不變時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩Te越小，則轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速升高得越快；由式（20）可知，異步機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下DFIG的電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)端電壓U1的平方成正比，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落導(dǎo)致DFIG機(jī)端電壓跌落時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩將以平方于電壓跌落程度的速率嚴(yán)重削弱從而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速迅速上升，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升一方面會(huì)對(duì)DFIG的安全運(yùn)行造成危害，另一方面會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)失穩(wěn)。因此，采用Crowbar電路實(shí)現(xiàn)低電壓穿越的DFIG在Crowbar電阻阻值選取的時(shí)候應(yīng)使DFIG在低電壓穿越的過(guò)程中獲得盡量大的電磁轉(zhuǎn)矩，以免由于電磁轉(zhuǎn)矩不足而使轉(zhuǎn)子過(guò)速。

1.2.2 仿真分析

仿真測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)同圖1。t=0.1s時(shí)無(wú)窮大電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落，Crowbar保護(hù)立即投入短接DFIG轉(zhuǎn)子，t=0.35s時(shí)電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常。不同電網(wǎng)電壓跌落程度、不同Crowbar阻值的情況下仿真得到DFIG電磁轉(zhuǎn)矩Te和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ωr的波形分別如圖5—7所示。

圖5 電壓跌落程度為-0.2 p.u.時(shí)不同Crowbar阻值下的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（1）Fig.5 Electromagnetic torque and rotor speed for different Crowbar resistances when voltage drops-0.2 p.u.（1）

圖6 電壓跌落程度為-0.2 p.u.時(shí)不同Crowbar阻值下的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（2）Fig.6 Electromagnetic torque and rotor speed for different Crowbar resistances when voltage drops-0.2 p.u.（2）

由圖5（a）可以看出，短路發(fā)生瞬間電磁轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，短路穩(wěn)定后電磁轉(zhuǎn)矩隨著Crowbar阻值Rcrowbar的增大而增大。由圖5（b）可知，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的峰值隨著Rcrowbar的增大而減小。

圖7 電壓跌落程度為-0.5 p.u.時(shí)不同Crowbar阻值下的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速Fig.7 Electromagnetic torque and rotor speed for different Crowbar resistances when voltage drops-0.5 p.u.

由圖6（a）可以看出，短路穩(wěn)態(tài)下的電磁轉(zhuǎn)矩隨著Crowbar阻值的增大而減小。由圖6（b）可知，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的峰值隨著Rcrowbar的增大而增大。

圖5和圖6的各曲線表明，當(dāng)Rcrowbar＜0.05p.u.時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩Te隨著Rcrowbar的增大有增大的趨勢(shì)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速則相應(yīng)地呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)；當(dāng)Rcrowbar≥0.05p.u.時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩Te隨著Rcrowbar的增大有減小的趨勢(shì)，而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速則呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。

圖5和圖6中電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的特性與理論分析相吻合，即Crowbar阻值存在一極限值R′crowbar，在此極限值下DFIG獲得最大的電磁轉(zhuǎn)矩，從而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增量最小；當(dāng)Crowbar阻值大于或小于此極限值時(shí)，隨著Crowbar阻值的增大或減小電磁轉(zhuǎn)矩均將減小，從而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增量將增大。

由圖7可以看出，當(dāng)電壓跌落程度為-0.5p.u.時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與Crowbar阻值的關(guān)系表現(xiàn)出與圖5和圖6相似的變化特點(diǎn)。在3條曲線中，當(dāng)Rcrowbar=0.05 p.u.時(shí)，DFIG獲得最大的電磁轉(zhuǎn)矩，其轉(zhuǎn)速的增量也最小；當(dāng)Rcrowbar=0.01＜0.05 p.u.和Rcrowbar=0.5＞0.05 p.u.時(shí)，DFIG的電磁轉(zhuǎn)矩均減小，其轉(zhuǎn)速的增量也均增大。

仿真結(jié)果證明了本文理論分析的合理性?；谏鲜龇治隹芍?，Crowbar阻值不宜選取得過(guò)大或過(guò)小，過(guò)大或過(guò)小的Crowbar阻值都將降低DFIG低電壓穿越時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩的大小，從而削弱其低電壓穿越能力。

2 附加串聯(lián)電感的Crowbar電路

由1.2.2節(jié)中電磁轉(zhuǎn)矩的波形可知，隨著Crowbar阻值的減小，短路發(fā)生瞬間電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)也越劇烈。當(dāng)Rcrowbar=0.05 p.u.時(shí)，DFIG獲得最大的穩(wěn)態(tài)低電壓穿越電磁轉(zhuǎn)矩，但短路發(fā)生瞬間的暫態(tài)過(guò)程中電磁轉(zhuǎn)矩卻出現(xiàn)了非常強(qiáng)烈的波動(dòng)，電壓跌落程度為-0.5 p.u.時(shí)波動(dòng)峰值甚至達(dá)到了2.0 p.u.左右。電磁轉(zhuǎn)矩的大幅波動(dòng)會(huì)威脅到DFIG軸系的安全，而由理論分析可知，若是通過(guò)增大Crowbar阻值的方法抑制電磁轉(zhuǎn)矩的暫態(tài)波動(dòng)則會(huì)大幅削弱DFIG低電壓穿越下的穩(wěn)態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩，從而造成轉(zhuǎn)子過(guò)速而不利于DFIG并網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定。

為解決這個(gè)問(wèn)題，本文采用在Crowbar回路中附加串聯(lián)電感來(lái)抑制電磁轉(zhuǎn)矩的暫態(tài)波動(dòng)，其原理如圖8所示。附加電感L與一可控開關(guān)S并聯(lián)后串入Crowbar電路的直流回路，S處于閉合狀態(tài)時(shí)L被短路而不起作用，當(dāng)S在控制信號(hào)的作用下打開時(shí)L與耗能電阻Rcrowbar串接在一起從而發(fā)揮作用。

圖8 附加串聯(lián)電感Crowbar電路結(jié)構(gòu)圖Fig.8 Crowbar circuit with additional series inductor

加裝串聯(lián)電感前、后DFIG電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的仿真波形分別如圖9、圖10所示。仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)同圖1，t=0.1s時(shí)無(wú)窮大電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落，Crowbar保護(hù)立即投入短接DFIG轉(zhuǎn)子，t=0.35s時(shí)電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常，Crowbar阻值取為Rcrowbar=0.05 p.u.。仿真中，串聯(lián)電感在電壓跌落發(fā)生瞬間與Crowbar電路一起投入，為避免轉(zhuǎn)子串聯(lián)電感對(duì)DFIG運(yùn)行特性的不利影響，t=0.2s時(shí)串聯(lián)電感退出運(yùn)行，即串聯(lián)電感只在短路發(fā)生后的瞬時(shí)暫態(tài)過(guò)程中投入運(yùn)行以抑制電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)。

由圖 9（a）和 10（a）可知，加裝串聯(lián)電感比未加裝串聯(lián)電感的DFIG電磁轉(zhuǎn)矩的最大波動(dòng)峰值??；由圖9（b）和 10（b）可知，加裝串聯(lián)電感比未加裝串聯(lián)電感的DFIG轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的峰值小。

圖9 電壓跌落程度為-0.2 p.u.時(shí)加裝串聯(lián)電感前后電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速Fig.9 Electromagnetic torque and rotor speed when voltage drops-0.2 p.u.before and after adding series inductor

圖10 電壓跌落程度為-0.5 p.u.時(shí)加裝串聯(lián)電感前后電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速Fig.10 Electromagnetic torque and rotor speed when voltage drops-0.5 p.u.before and after adding series inductor

由此可知，通過(guò)在Crowbar回路中串聯(lián)附加電感可以在一定程度上緩和電壓跌落發(fā)生瞬間DFIG電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，并可以輕微降低DFIG轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。但同時(shí)，轉(zhuǎn)子回路中電感的串入會(huì)導(dǎo)致DFIG的電磁轉(zhuǎn)矩波形中出現(xiàn)一定量的高次諧波，也會(huì)增加制造及控制的難度。由于風(fēng)機(jī)帶有的電力電子裝置也會(huì)產(chǎn)生大量諧波，附加串聯(lián)電感產(chǎn)生的高次諧波可與風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的其他諧波一起通過(guò)風(fēng)機(jī)原有的濾波裝置濾除。

3 結(jié)論

a.Crowbar阻值與DFIG定子直流磁鏈的衰減速度并非成正比關(guān)系，在一定情況下定子直流磁鏈的衰減速度隨著Crowbar阻值的增大而減小，Crowbar阻值過(guò)大時(shí)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子電流在Crowbar退出時(shí)出現(xiàn)“二次振蕩”，不利于Crowbar電路的穩(wěn)定投退。

b.Crowbar阻值存在“極限值”，在此極限值下DFIG電磁轉(zhuǎn)矩最大，相應(yīng)轉(zhuǎn)速的增量也最小，低于此極限值時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩隨著Crowbar阻值的減小而減小，高于此極限值時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩隨著Crowbar阻值的增大而減小。

c.當(dāng)其他條件滿足要求時(shí)，Crowbar阻值的選取應(yīng)盡可能地使DFIG獲得最大的電磁轉(zhuǎn)矩和最高的定子直流磁鏈衰減速度。Crowbar阻值過(guò)低會(huì)導(dǎo)致電壓跌落瞬間電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生劇烈的暫態(tài)振蕩，通過(guò)在Crowbar電路中短時(shí)串聯(lián)附加電感可以在一定程度上抑制電磁轉(zhuǎn)矩的暫態(tài)振蕩。