『电气技术』英国谢菲尔德大学王涛特稿：非理想电网下双馈风电系统运行技术( 二 )
其中 ， 基于PI带宽扩展的补偿技术不改变基频分量控制器 ， 仅通过并联谐振器或类似环节实现对基频PI控制器的带宽扩展 ， 以跟踪含波动分量的参考值；基于宽频控制器的补偿技术则完全取代传统PI控制器 ， 利用预测控制、滑模控制等新型控制器对基频分量和波动分量进行统一控制；直接谐振控制技术保留传统基于PI控制器的基频控制环路 ， 但通过构造直接作用于待补偿量的谐振环节 ， 避免了复杂的补偿分量计算 ， 简化了系统 。 上述三类技术的详细对比如表1所示 。
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图1(a)基于PI带宽扩展的补偿技术
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图1(b)基于宽频控制器的补偿技术
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图1(c)直接谐振控制技术
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表1各类谐波、不平衡补偿控制技术对比
在某些特殊场景下 ， 例如孤岛运行的微电网或远离主网的末端电网中 ， 由于缺乏足够的电能质量治理手段 ， 非理想负载接入造成的电能质量问题会对本地其他设备的运行造成很大影响 。 考虑到风电机组冗余容量较大（我国2017年风电机组平均年利用小时数为1948小时） ， 因此部分学者提出利用风电机组的冗余容量 ， 输出适当的补偿电流 ， 改善并网点电能质量 。
此时风电机组的控制目标不是“抵御”非理想电网电压 ， 而是对其主动补偿 。 目前双馈风电机组参与电网电能质量改善的研究主要分为三类：一是基于负载电流采样的补偿技术 ， 二是基于公共连接点电压闭环的补偿技术 ， 三是基于虚拟阻抗的补偿技术 。
接着 ， 考虑电压跌落等短时严重非理想电网特性 。 根据风电并网标准 ， 电网电压跌落时双馈风电机组需保持并网运行 ， 并向电网提供必要的无功支撑 ， 这一过程称为低电压穿越 。
根据磁链守恒原理 ， 电网电压跌落瞬间定子磁链包含静止的暂态分量和由跌落后电网电压决定的强迫分量 。 定子暂态磁链的转差率远大于正常定子磁链 ， 将在转子绕组中感应出很大的暂态反电势 ， 最终导致转子过流 ， 同时也造成较大的电磁转矩脉动 。
目前双馈风电机组的低电压穿越技术主要分为两大类 ， 一类基于辅助装置 ， 另一类基于机组控制 。 在实际机组中 ， 这两类技术往往相互配合 ， 以应对不同程度、不同类型的电压跌落 。
低电压穿越辅助装置可分为能量平衡装置、过流保护装置和电压支撑装置 ， 如图2所示 。 其中 ， 能量平衡装置可消耗或存储积压于直流母线上的多余能量 ， 避免直流母线电压过高；过流保护装置可防止机侧和网侧变流器过流；电压支撑装置可快速恢复机端电压 ， 消除电网电压跌落的影响 。
低电压穿越控制技术可分为高性能转子电流控制、灭磁控制等 ， 如图3所示 。 其中 ， 高性能转子电流控制用于抑制转子过流 ， 灭磁控制可加快定子暂态磁链衰减 ， 减小转矩脉动 。
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图2低电压穿越辅助装置及其接入方式
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图3低电压穿越控制技术示意图
展望本文围绕非理想电网下双馈风力发电系统运行技术这一主题 ， 对现有研究成果和技术方案进行综述 。 作为改善风电机组运行性能、提高风电消纳能力的一项关键技术 ， 非理想电网下双馈风电机组的运行控制已获得广泛关注和较为深入的研究 。
但目前仍有一些问题有待进一步探索 ， 例如计及电机和开关器件非理想特性的暂态过程建模、机组自身性能和电网电能质量间的灵活补偿、多机协同运行、低成本的低电压穿越辅助装置、直流并网模式下的故障穿越等 。
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