4　实验验证

4.1　实验平台简介

为了实验验证反向电流跟踪控制策略的有效性，一套额定功率10kW的双馈风力发电示范系统搭建完成，在此平台上对该控制策略进行了实验验证。实验平台结构见图4-1，系统照片见图4-2。双馈发电机由一台鼠笼式异步电动机拖动，变流器机侧和网侧分别由两片DSP （TMS320F28335）独立控制，见图4-3。网侧变流器（GSC）以稳定直流母线电压为控制目标，主电路为单电感并网结构，控制采用直流电压外环和电感电流内环的双闭环结构。机侧变流器（RSC）采用定子功率外环和转子电流内环的双闭环结构，其控制框图与仿真中一致。

其中，DFIG的主要技术参数见表4-1，控制器的采样频率为9.6kHz，开关频率设定为4.8kHz。

图4-1　实验平台

图4-2　双馈风力发电示范系统

图4-3　电机（左：双馈电机；右：鼠笼电机）

启动过程如下：

（1）合上网侧空气断路器，GSC通过软上电电阻给直流母线电容充电。

（2）软上电完成，切除上电电阻继续充电。

（3）母线电压达到预先设定的工作阈值后，GSC开始工作在PWM整流状态。

（4）开启原动机，设定一定范围的转速。

（5）待转速稳定后，RSC启动，在定子侧建立与电网同相、同频、同幅的电压。

（6）定子电压稳定后，定子并网，并以功率为指令工作。

在本文设定的实验条件中，由原动机设定固定的转速，模拟风力发电机在较大转动惯量下转速短时间内变化较小的工况。

双馈式风力发电机组能否实现低电压穿越受三个关键因素的限制，分别是漏感、转速和直流母线电压。由于大型风力发电机的电阻相对较小，这里不予考虑。电机漏感越大，转子转速越小，变流器直流母线电压越高，越有利于实现低电压穿越。因此，在小功率的实验平台中，根据标幺值合理地选择电机和变流器参数至关重要。本文所用的实验平台，漏感和直流母线电压的值较为合理，但小功率的风力发电机电阻较大，暂态过程衰减较快。实验平台的具体参数见表4-1。

表4-1　实验平台参数

为了防止故障下变流器失控，实验平台转子侧配备了Crowbar装置和直流母线卸荷电阻。根据暂态过程分析，得出Crowbar阻值变化对转子端口电压的影响见图4-4。

图4-4　转子端口电压随Crowbar电阻变化曲线

在投入Crowbar电阻后，为了保证变流器完全封锁，故障后的转子电压必须小于直流母线电压。直流母线电压为650V时，对应的Crowbar电阻值为7.5Ω，留一定的裕量取7.2Ω。