由于我国风电资源和电力负荷的逆向分布特性，低短路比已成为风电机组接入电网的主要形态。低短路比对称电网下，双馈风机与电网的交互作用易引发系统小干扰失稳。不对称电网下，电网正、负序阻抗及其序间耦合分量将与风机网侧、转子侧变流器产生更为复杂的交互作用，其带来的失稳风险亟需研究和评估。

目前国内外关于低短路比对称电网下双馈风机与电网交互稳定性分析与控制技术已经有了较为丰富的研究成果。不对称电网环境下的交互稳定机理及控制对策也已经引起广泛关注，但尚缺乏系统的解决方案。

该技术领域需要重点关注的问题有如下几点：

1）从并网导则看，双馈风机应响应电网对正、负序无功电流的要求；从双馈风机看，无功电流的响应会影响自身的稳定运行。因此，如何对负序电流进行约束，协调控制GSC、RSC，使其在维持自身运行安全的前提下，满足并网导则的要求，值得深入研究。

2）由于我国风电资源和电力负荷的逆向分布特性，风电机组大多接入弱电网，双馈风机与电网阻抗的交互作用会引发系统的小干扰失稳问题。为此，应分析失稳机理，量化失稳因素对系统的影响，以期提高双馈风机与弱电网的交互稳定。

3）双馈风机控制方法多样，致使其建模方法和模型有所不同，也就表现出不同的阻抗特性。为此，对不同控制方法进行精确建模，分析其接入电网的性能，从而找到适应电网能力强的控制方法，提高并网可靠性。

4）面对复杂电网环境，为实现对双馈风机的良好控制，需要获取精确的相位和频率信息。改进锁相环结构，提高锁相环跟踪电网电压的能力，对并网系统稳定性具有重要影响。

关键问题1：精确建模难——双馈风机计及负序电流动态下的外特性复杂，小干扰频域建模较为困难

不对称电网下，含负序控制的双馈风机外特性不仅与功率环、锁相环有关，还与电流环，特别是负序电流控制环路紧密相关。研究表明，对称电网条件下，双馈风机系统的状态空间模型已达12阶[8]，不对称电网条件下计及负序电流控制后双馈风机系统模型或可达36阶之高（考虑转矩波动抑制以及必要的滤波环节）。

特别是，负序电流可以采用多种控制方式，每种控制方式下电流环的动态响应特性迥异。这进一步增加了建模分析的难度。因此，低短路比不对称电网下，如何精确刻画双馈风机并网系统的外特性是小干扰稳定性分析的基本挑战。

关键问题2：定量分析难——不对称电网下双馈风机系统存在正负序间阻抗耦合，相互作用机理复杂，且缺乏有效的量化评估手段

双馈风机-不对称故障网络是典型的多输入多输出（Multiple Input Multiple Output, MIMO）系统，其包含正序风机、正序网络、负序风机、负序网络及其序间耦合支路，如图1所示。这些组成部分与系统整体稳定性间的关系复杂，传统针对单输入单输出（Single Input Single Output, SISO）系统的稳定性分析方法已经难以奏效。特别是，正负序耦合作用机制不清，量化评估手段匮乏。

图1 双馈风机-故障网络序间耦合示意图

关键问题3：协同控制难——不对称电网下双馈风机GSC、RSC控制高度耦合，协同设计难度大

对称电网条件下，双馈风机GSC、RSC控制完全解耦，通过分别建立二者的频域阻抗模型即可获得风机的整体阻抗特性。然而，当电网不对称时，为实现负序电流响应、转矩波动抑制等目标，双馈风机GSC、RSC之间控制高度耦合。此时，GSC、RSC独立建模的方式已经难以奏效，需充分考虑两变流器之间的强耦合特性。因此，如何对双馈风机两变流器实施协同控制和稳定设计，构成了又一重要挑战。

中国石油大学（华东）新能源学院等单位的研究人员指出：

1）不对称故障期间，风机和电网自身及其之间均存在正、负序阻抗耦合。因此，需完整刻画风机耦合控制特性和故障网络动态特性，以精确建立双馈风机并网系统的小干扰频域模型。

2）立足于所建立的模型，借助广义奈奎斯特判据评估系统稳定性，以探明影响双馈风机装备稳定性的关键制约因素。

3）为实现负序电流响应、转矩波动抑制的双重目标，需充分考虑机侧、网侧两变流器之间的强耦合特性，通过协同负序控制及一体化阻抗重塑策略，以增强不对称弱电网工况下双馈风机并网系统的稳定性。

本文编自2021年第22期《电工技术学报》，论文标题为“低短路比电网下含负序控制双馈风机稳定性研究的几个关键问题”，作者为徐海亮、吴瀚 等。