勵(lì)磁變流器在電網(wǎng)故障期間，與電網(wǎng)和轉(zhuǎn)子繞組一直保持連接，因而在故障期間和故障切除期間，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)都能與電網(wǎng)一起同步運(yùn)行。當(dāng)電網(wǎng)故障消除時(shí)，關(guān)斷功率開關(guān)，便可將旁路電阻切除，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。
采用crowbar電路的轉(zhuǎn)子短路保護(hù)技術(shù)存在這樣一些缺點(diǎn)：首先，需要增加新的保護(hù)裝置從而增加了系統(tǒng)成本；另外，電網(wǎng)故障時(shí)，雖然勵(lì)磁變流器和轉(zhuǎn)子繞組得到了保護(hù)，但此時(shí)按感應(yīng)電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行的機(jī)組將從系統(tǒng)中吸收大量的無(wú)功功率，這將導(dǎo)致電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的進(jìn)一步惡化，而且傳統(tǒng)的crowbar 保護(hù)電路的投切操作會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生暫態(tài)沖擊。文獻(xiàn)[1]提出了改進(jìn)方案，該方案與傳統(tǒng)方案的區(qū)別在于：在轉(zhuǎn)子短路保護(hù)電阻切除后，將轉(zhuǎn)子電流控制指令設(shè)定為該時(shí)刻轉(zhuǎn)子電流的實(shí)際值，從而防止由于轉(zhuǎn)子電流控制器指令電流與實(shí)際電流不等而引起的暫態(tài)沖擊。然后通過(guò)逐漸改變轉(zhuǎn)子電流指令，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子電流控制器的軟起動(dòng)。在轉(zhuǎn)子電流控制器的作用下發(fā)電機(jī)將逐步恢復(fù)到正常運(yùn)行。這緩解了crowbar保護(hù)電路的投切操作對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的暫態(tài)沖擊，在一定程度上縮短了發(fā)電機(jī)低電壓穿越的過(guò)渡時(shí)間。但該文獻(xiàn)僅限于研究對(duì)稱故障發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行，未討論電網(wǎng)故障運(yùn)行初始條件對(duì)不脫網(wǎng)運(yùn)行效果的影響。
    引入新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
    除了上述典型crowbar技術(shù)的應(yīng)用外，一些文獻(xiàn)還提出了一些新型低壓旁路系統(tǒng)，如圖5、圖6所示。

圖 5 新型旁路系統(tǒng)

圖6a) 并聯(lián)連接網(wǎng)側(cè)變流器

3.1 新型旁路系統(tǒng)[11-13]
    如圖5所示，這種結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的軟啟動(dòng)裝置類似，在雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子側(cè)與電網(wǎng)間串聯(lián)反并可控硅電路。 在正常運(yùn)行時(shí)，這些可控硅全部導(dǎo)通，在電網(wǎng)電壓跌落與恢復(fù)期間，轉(zhuǎn)子側(cè)可能出現(xiàn)的最大電流隨電壓跌落的幅度的增大而增大，為了承受電網(wǎng)故障電壓大跌落所引起的的轉(zhuǎn)子側(cè)大電流沖擊，轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變流器選用電流等級(jí)較高的大功率igbt器件，這樣來(lái)保證變流器在電網(wǎng)故障時(shí)不與轉(zhuǎn)子繞組斷開時(shí)的安全。電網(wǎng)電壓跌落再恢復(fù)時(shí)，轉(zhuǎn)子側(cè)最大電流可能會(huì)達(dá)到電壓跌落前的幾倍。因此，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落嚴(yán)重時(shí)，為了避免電壓回升時(shí)系統(tǒng)在轉(zhuǎn)子側(cè)所產(chǎn)生的大電流，在電壓回升以前，將雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)通過(guò)反并可控硅電路與電網(wǎng)脫網(wǎng)。脫網(wǎng)以后，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變流器重新勵(lì)磁雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)，電壓一旦回升到允許的范圍之內(nèi)，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)便能迅速地與電網(wǎng)達(dá)到同步。再通過(guò)開通反并可控硅電路使定子與電網(wǎng)連接。這樣可以減小對(duì)igbt耐壓、耐流的要求。對(duì)于短時(shí)間內(nèi)能夠接受大電流的igbt模塊，可以減少雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的脫網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間。轉(zhuǎn)子側(cè)大功率饋入直流側(cè)會(huì)導(dǎo)致直流側(cè)電容電壓的升高，而直流側(cè)的耐壓等級(jí)依賴于直流側(cè)電容的大小，因此直流側(cè)設(shè)計(jì)crowbar電路，在直流側(cè)安裝電阻來(lái)作吸收電路，將直流側(cè)電壓限制在允許范圍內(nèi)。
    這種方式的不足之處是：該方案需要增加系統(tǒng)的成本和控制的復(fù)雜性。考慮到定子故障電流中的直流分量，需要可控硅器件能通過(guò)門極關(guān)斷，這要求很大的門極負(fù)驅(qū)動(dòng)電流，驅(qū)動(dòng)電路太復(fù)雜。這里的可控硅串聯(lián)電路如果采用穿透型igbt的話，igbt必須串聯(lián)二極管。而采用非穿透型igbt的話，通態(tài)損耗會(huì)很大。理論上，如果利用接觸器來(lái)代替可控硅開關(guān)的話，雖通態(tài)時(shí)無(wú)損耗，但斷開動(dòng)作時(shí)間太長(zhǎng)。而且由于該方案在輸電系統(tǒng)故障時(shí)發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)運(yùn)行，因此對(duì)電網(wǎng)恢復(fù)正常運(yùn)行起不到積極的支持作用。
    3.2 串聯(lián)連接變流器
    通常雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的背靠背式勵(lì)磁變流器采用如圖6a)所示的與電網(wǎng)并聯(lián)方式[13-16]，這意味著勵(lì)磁變流器能向電網(wǎng)注入或吸收電流。為了提高系統(tǒng)的低電壓穿越能力，文獻(xiàn)[17]提到了一種新的連接方式，即將變流器與電網(wǎng)進(jìn)行串聯(lián)連接，比如，變流器通過(guò)發(fā)電機(jī)定子端的串聯(lián)變壓器實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)串聯(lián)連接，則雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子端的電壓為網(wǎng)側(cè)電壓和變流器輸出的電壓之和。這樣便可以通過(guò)控制變流器的電壓來(lái)控制定子磁鏈，有效的抑制由于電網(wǎng)電壓跌落所造成的磁鏈振蕩，從而阻止轉(zhuǎn)子側(cè)大電流的產(chǎn)生，減小系統(tǒng)受電網(wǎng)擾動(dòng)的影響，達(dá)到強(qiáng)化電網(wǎng)的目的。但這種方式將增加系統(tǒng)許多成本，控制也比較復(fù)雜。
    4 采用新的勵(lì)磁控制策略
    從制造成本的角度出發(fā)，最佳的辦法是不改變系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，而是通過(guò)修改控制策略來(lái)達(dá)到相同的低電壓穿越效果：在電網(wǎng)故障時(shí)，使發(fā)電機(jī)能安全度越故障，同時(shí)變流器繼續(xù)維持在安全工作狀態(tài)。
    文獻(xiàn)[18]利用數(shù)值仿真的方法對(duì)電網(wǎng)三相對(duì)稱故障時(shí)發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行的勵(lì)磁控制進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，通過(guò)適當(dāng)提高現(xiàn)有雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器中pi 調(diào)節(jié)器的比例和積分系數(shù)，能夠在一定范圍內(nèi)維持電網(wǎng)故障時(shí)發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行。然而該文獻(xiàn)未對(duì)故障時(shí)發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行的范圍進(jìn)行詳細(xì)地研究計(jì)算。該文獻(xiàn)提出的方法僅適用于系統(tǒng)對(duì)稱三相故障引起發(fā)電機(jī)母線電壓輕微下降時(shí)保持發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)故障引起發(fā)電機(jī)母線電壓嚴(yán)重下降時(shí)，勵(lì)磁變流器將出現(xiàn)過(guò)電壓和過(guò)電流。文獻(xiàn)[19]則利用硬性負(fù)反饋的方式補(bǔ)償發(fā)電機(jī)定子電壓和磁鏈變化對(duì)有功、無(wú)功解耦控制性能的影響，該方案能夠在一定程度上提高雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)在輸電系統(tǒng)故障時(shí)的運(yùn)行特性，并能夠在一定范圍內(nèi)限制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流，保護(hù)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變流器。但該方案對(duì)轉(zhuǎn)子電流的有效控制是在提高轉(zhuǎn)子電壓的前提下實(shí)現(xiàn)的，考慮到轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變流器輸出最大電壓的限制，該方案僅適用于輸電系統(tǒng)故障引起發(fā)電機(jī)電壓輕度驟降的場(chǎng)合，對(duì)于引起發(fā)電機(jī)定子電壓嚴(yán)重驟降的電網(wǎng)故障，該方案會(huì)由于轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變流器無(wú)法提供足夠高的勵(lì)磁電壓而失去對(duì)轉(zhuǎn)子電流的控制。另外，文獻(xiàn)[20]還建議充分利用發(fā)電機(jī)電網(wǎng)側(cè)變流器在電網(wǎng)故障過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)電壓的支持作用，通過(guò)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)子和電網(wǎng)側(cè)變流器的控制提高電網(wǎng)故障時(shí)發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行的控制效果。