双馈风力发电系统低电压穿越：非线性滑模与Crowbar电路协同控制策略研究.docxVIP

双馈风力发电系统低电压穿越：非线性滑模与Crowbar电路协同控制策略研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着全球能源需求的不断增长以及对环境保护意识的日益增强，可再生能源的开发与利用成为了能源领域的重要发展方向。风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式，近年来在全球范围内得到了广泛的关注和应用。根据相关数据显示，截至2023年，全球风力发电装机容量已达到XXGW，且仍保持着每年XX%的增长速度。在中国，风力发电同样取得了显著的发展，2023年我国风力发电量累计值达8090.5亿千瓦时，期末总额比上年累计增长12.3%，陆上风电场主要集中在内蒙古、新疆、甘肃等地，海上风电场则主要集中在江苏、广东、福建等地。

双馈风力发电系统（DoublyFedInductionGenerator，DFIG）凭借其高效率、高可靠性以及良好的电网适应性等特点，成为了风力发电领域的主流技术之一。其基本结构是通过一个双馈感应发电机与电网之间经由变频器（通常为背靠背变频器）进行能量交换，定子侧直接连接到电网，转子侧则通过变频器与电网相连，这种结构使得发电机能够在不同风速下实现变速恒频运行，有效提高了风能利用率。

然而，当电网发生故障，如短路、接地等情况时，可能会导致电压跌落。在这种低电压情况下，双馈风力发电系统若不能有效应对，可能会面临脱网的风险。一旦大量风电机组脱网，将会对电力系统的稳定性造成严重威胁，甚至可能引发连锁反应，导致大面积停电事故。据统计，在过去的一些电网故障事件中，由于双馈风力发电系统无法成功实现低电压穿越而导致的电网不稳定问题时有发生，给电力系统的安全运行带来了巨大挑战。因此，研究双馈风力发电系统的低电压穿越（LowVoltageRideThrough，LVRT）技术具有至关重要的意义。它不仅能够提高电力系统的稳定性，保障电网的可靠运行，还能促进可再生能源的充分利用，推动能源结构的优化和可持续发展。

1.2国内外研究现状

在双馈风力发电系统低电压穿越技术的研究方面，国内外学者取得了众多成果。国外研究起步较早，在理论和实践方面都有深厚的积累。一些发达国家，如德国、丹麦等，在风电场建设和运行过程中，较早地关注到了低电压穿越问题，并制定了相应的技术标准和规范。在控制策略研究上，国外学者提出了多种方法，包括基于矢量控制的方法，通过精确控制定子和转子电流的幅值和相位，实现对发电机有功和无功功率的解耦控制，从而提高低电压穿越能力；还有模型预测控制方法，该方法通过建立系统的预测模型，对未来的系统状态进行预测，并据此优化控制策略，以实现更好的低电压穿越性能。

国内对于双馈风力发电系统低电压穿越技术的研究虽然起步相对较晚，但发展迅速。近年来，众多科研机构和高校积极开展相关研究，在理论分析、控制策略和实验验证等方面都取得了显著进展。一些研究针对国内电网的特点和运行要求，提出了具有针对性的低电压穿越控制策略，如自适应控制策略，能够根据电网电压跌落的程度和持续时间自动调整控制参数，提高系统的适应性和稳定性。

在非线性滑模控制研究领域，国外学者对其在电力系统中的应用进行了广泛探索。他们深入研究了滑模面的设计方法，提出了多种非线性滑模面函数，如基于高阶滑模的方法，能够有效减少滑模控制中的抖振问题，提高控制精度；还将自适应理论引入非线性滑模控制，使其能够更好地适应系统参数的变化和外部干扰。国内学者则结合国内电力系统的实际情况，对非线性滑模控制在双馈风力发电系统中的应用进行了大量研究。通过改进滑模控制器的结构和参数调整方法，提高了系统在低电压穿越过程中的动态性能和鲁棒性。

关于Crowbar电路控制，国外在电路拓扑结构和控制逻辑方面进行了深入研究。提出了多种改进型的Crowbar电路，如有源Crowbar电路，通过引入额外的控制元件，能够更加灵活地控制电路的导通和关断，提高对转子过电流的抑制效果；还研究了Crowbar电路与其他保护装置的配合使用，以实现更全面的系统保护。国内学者则在Crowbar电路的国产化设计和优化方面取得了一定成果，降低了电路成本，提高了其在国内风电场中的适用性。

尽管国内外在双馈风力发电系统低电压穿越技术、非线性滑模控制、Crowbar电路控制等方面取得了诸多成果，但仍存在一些不足之处。例如，现有的控制策略在应对复杂电网故障时，其鲁棒性和适应性还有待进一步提高；部分研究成果在实际工程应用中，由于成本过高、系统复杂度增加等原因，难以大规模推广；不同控制方法之间的协同配合效果还不够理想，需要进一步探索更加有效的联合控制策略。

1.3研究目标与创新点

本研究旨在深入探究双馈风力发电系统低电压穿越的控制策略，通过理论分析、仿真研究和实验验证，提高双馈风力发电系统在低电压穿越过程中的稳定性和可