摘 要：为研究并网双馈风力发电系统故障实时运行特性，根据双馈感应发电机并网动态数学模型，在实时数字仿真平台（Real Time Data Simulator，RTDS）上搭建基于小步长元件的2MW双馈式风力发电系统的仿真模型，其“背靠背”变流器采用经典的矢量控制策略。在风力发电系统并网母线故障情况下，分别对风机机械功率与发电机电磁功率的运行特性和背靠背变流器两侧功率及电压等变化情况进行仿真研究。仿真结果表明，故障时基于小步长算法的双馈风力发电系统具有良好地动态性能，同时验证所采用控制策略的有效性。
关键词：小步长算法； RTDS； DFIG； 短路故障
1引言
在风力发电系统相对成熟阶段，变速恒频双馈风力发电机组DFIG（Doubly Fed Induction Generator）成为一种深受市场青睐的新型风力发电机，目前国内DFIG主流机型的容量为1.2~2MW。双馈风力发电机DFIG无论在孤岛或是并网运行方式下，均能通过“背靠背”变流器实现输出电压和功率的稳定控制，同时在变换容量可观的情况下当并网母线发生故障时，其可为系统提供较强的无功功率支撑，从而提高系统低电压穿越能力。
风力发电系统建模是研究系统稳暂态运行特性以及对应情况下控制性能的基础。目前在风电领域仿真建模研究平台为MATLAB/Simulink、PSCAD等离线仿真软件[1-3]，应用在线软件研究较少。通常离线软件模型为纯仿真实验研究，对简化后的系统数学模型进行建模，模块间电气连接紧密程度较弱，纯软件仿真无外围设备，故在实时性能方面具有一定的滞后性。然而由加拿大曼尼托巴公司开发的在线实时数字仿真仪器RTDS是一种实时全数字化的电力系统电磁暂态模拟装置，专用于电力系统实时仿真的一款数字动模试验装置，软件中模型元器件是完全基于真实电网系统设计，所以进行仿真分析时与实际工程的联系更加紧密。RTDS在新能源发电并网控制、电力系统电磁暂态分析、高压直流输电研究等方面表现出明显的优势。其拥有先进的并行处理技术和丰富的元件库，例如电力系统元件库、控制元件库、小步长元件库等，其中在RTDS软件中大步长仿真时间为50μs，而小步长算法的仿真时间一般在1.4~2.5μs，小步长算法能满足高频电力电子开关器件的仿真精度要求[4-6]。相比之下，RTDS能实时地、准确地对电力系统装置进行模型仿真分析。在RTDS仿真建模研究中，双馈风力发电系统需在控制器的辅助作用下运行，因此仿真建模中控制器的设计、参数配置及对应控制策略的选取是关键性的技术问题。因此，基于RTDS仿真平台建立双馈风力发电系统仿真模型对其动态特性和扰动情况下暂态问题的分析具有重要的实际指导意义。