中文摘要：

双馈发电机低容量变流驱动结构，在使其成为变速恒频风力发电优化解决方案的同时，也使低电压穿越问题尤为突出。本项目力图突破传统低电压穿越解决方案的思路束缚，充分利用背靠背变流器拓扑特点和灵活性，结合双馈发电机电磁暂态特性，围绕背靠背变流器结构灵活变化的柔性拓扑及控制策略展开研究，以期为双馈型风电变流器低电压穿越难点问题的进一步解决提供探索性新思路。主要研究包括提出利用转子侧变流器桥臂IGBT开关实现晶闸管强迫换流的主动式撬棒及其优化协同控制方案，以有效提高转子侧变流器的暂态电流承载和控制能力；提出网侧变流器适时切换至转子侧并与转子侧变流器并联驱动双馈发电机的低电压穿越柔性拓扑新方案，以提高对转子暂态冲击控制和系统无功电流输出能力；依托所提出的柔性拓扑，提出转子侧变流器直接控制直流母线电压以及基于虚拟电感技术的双馈发电机电磁暂态控制策略，以期进一步改善双馈型风电变流器的低电压穿越暂态响应特性。

结论摘要：

随着风电电网穿透率的提升，涌现了一些新并网问题，其中以双馈风电机组低电压穿越（LVRT）问题最为突出和典型。鉴于此，课题围绕双馈风电机组LVRT这一复杂问题从变流驱动硬件和控制算法软件两个方面开展了探索性研究，并获得了一些前瞻性研究成果。双馈风电机组LVRT问题之所以复杂，难以有效地解决，其问题根源在于电网电压发生跌落等变化时所激起的双馈电机（DFIG）复杂的电磁暂态过程。这一电磁暂态过程的深入分析和理解是问题研究和解决的基础，同时也是分析研究机组对电网影响，尤其是对电网短路电流影响的关键。为分析DFIG这一复杂高阶系统的电磁暂态过程，项目从DFIG数学模型出发，创造性地提出了一种基于等效、叠加原理的分析方法，全面地、准确地完成了DFIG电磁暂态过程的解析计算。该解析计算不仅囊括了通常进行的基于撬棒（Crowbar）瞬间投入假设的流行简化分析方式，而且对Crowbar投入前以及Crowbar延迟投入等实际情况进行了全面的解析分析和描述。针对DFIG电磁暂态特征的暂态控制算法是增强DFIG在LVRT过程中可控性的关键。项目提出了两种暂态控制方案优化转子暂态电流主动注入方案；基于虚拟电感算法的优化转子暂态电流被动注入方案。两方案均能够最大限度地降低暂态转子冲击电压，在一定的允许电流下实现可控故障穿越范围的最大化。通过驱动变流器的硬件改造，在维持双馈风电机组低成本变流驱动优势的同时，较好地利用了驱动变流器的自身特点提升了变流器的暂态电流承载力，从而能够较好地完成双馈风电机组的深度故障穿越。其中，突出成果体现在一方面，本拓扑改造能够采用低成本、高耐冲击力的可控硅（SCR）实现通常需要IGBT等高成本、低耐冲击能力的全控器件才能实现的主动式Crowbar功能；另一方面，通过网侧变流器的暂态柔性向转子侧切换，能够较好地实现电网无功功率补偿和电压支撑功能。总之，项目从硬件和软件两个方面对双馈风电机组LVRT问题进行了探索性的研究，取得了一定的研究成果，除部分SCR协同增流控制内容存在一些尚未能解决的深层问题外，项目既定工作得到了较好的开展。