第二章 传统的转子侧变换器（RSC）电流控制器
本章介绍了常用于DFIG控制的传统矢量控制方案，即前馈电流调节器 (Feed-Forward Current Regulator, FFCR)。
1. 控制策略概述
- 坐标系: 采用定子磁链定向 (Stator Flux Orientation) 的同步旋转dq坐标系。在该坐标系下，d轴始终与定子磁链矢量 对齐，因此磁链的q轴分量为零 ()。
- 解耦控制: 这种定向方式可以实现有功功率（或转矩）和无功功率的解耦控制。
- 转矩/有功功率 主要由转子电流的 q轴分量 () 控制。
- 无功功率/定子电压 主要由转子电流的 d轴分量 () 控制。
2. 传统FFCR控制框图
传统的RSC控制器如下图所示。它由外部的速度/功率环和内部的电流环组成。
- 前馈补偿: 内部电流环中，为了实现d、q轴电流的独立控制，引入了前馈补偿项来抵消交叉耦合效应。这些补偿项包括：
- 电流交叉耦合项: 和 。
- 定子电压耦合项: (在图中被合并到q轴的补偿项中)。
3. 传统FFCR的局限性
- 基于稳态模型: 传统FFCR控制器的设计是基于DFIG的稳态模型推导出来的，即假设电网电压和定子磁链都处于稳定状态。
- 暂态性能不佳: 当电网发生故障，定子电压和磁链出现暂态过程时，基于稳态模型的前馈补偿项将变得不准确。这会导致错误的补偿，使得d、q轴电流控制不再解耦，电流调节性能恶化，可能引发巨大的暂态转子电流。
第三章 DFIG的暂态模型
为了设计在故障期间依然有效的控制器，本章推导了考虑定子电压暂态的DFIG模型。
1. DFIG基本方程
在任意同步旋转坐标系下，DFIG的电压和磁链方程为：
电压方程:
磁链方程:
2. 暂态模型推导
为了建立暂态模型，采用瞬时定子磁链定向，即d轴始终与瞬时定子磁链矢量对齐，即使在暂态过程中也是如此。
此时，dq坐标系的旋转角速度 等于定子磁链的瞬时角速度 ，它在暂态时不一定等于同步角速度 。
推导步骤:
- 忽略定子电阻 ，将定子和转子的电压方程写成矩阵形式：
- 定子:定子:
- 转子:
- 消去定子电流：利用方程(4)和磁链方程，将转子电压方程(5)中的定子电流项 替换掉。
- 最终暂态模型: 经过一系列代数运算，得到直接关联转子电压、转子电流和定子电压/磁链瞬时值的DFIG暂态模型:
其中， 是转子暂态电感。
这个方程(8)是本文提出新控制策略的理论基础，因为它在稳态和暂态下都成立。
上图显示，在故障期间，由于磁链定向坐标系（瞬时角速度为）与电网电压坐标系（角速度为）不再同步，导致 和 出现剧烈振荡。
第四章 前馈暂态电流控制器 (FFTCC)
本章基于第三章推导的DFIG暂态模型，设计了新的FFTCC控制器。
A. FFTCC控制器设计
FFTCC控制器的核心思想是直接利用暂态模型(8)来构建前馈补偿项，以精确地抵消暂态过程中的耦合效应和电压扰动。
1. 控制框图
与传统FFCR（图2）相比，FFTCC（图5）的前馈补偿项完全来自于暂态模型(8)：
- 电流解耦项:
- d轴：
- q轴：
- 电压补偿项:
- d轴：
- q轴：
2. 实现方法
要实现上述控制，需要实时获取瞬时定子磁链 和其角速度 。这通过下图的"定子磁链定向"模块实现。
- 磁链估算: 通过对定子电压积分来估算定子磁链的 分量。
- 角度计算: 根据 和 计算出磁链定向角 。
- 角速度计算: 在严重故障下，定子磁链可能静止不动 ()。通过FFT等方法检测磁链的直流分量和交流分量，判断磁链是否静止，从而确定 的值。
B. 考虑RSC容量的LVRT能力分析
1. RSC所需补偿电压
在故障发生瞬间，为了完全抑制暂态转子电流，RSC需要提供的补偿电压约为：
从上图可以看出，在超同步运行时（如
s = -0.3），若发生深度电压跌落（如 VsFault 接近0），所需的补偿电压可能高达1.3 p.u.，这通常会超过RSC的额定输出电压能力（通常为0.3 p.u.左右）。2. RSC饱和时的电压对齐
当所需补偿电压超过RSC最大输出电压时，RSC会进入饱和（过调制）状态。此时，虽然无法完全补偿暂态EMF，但FFTCC仍然能发挥重要作用。
- 原理: FFTCC通过精确的前馈补偿，使得RSC的输出电压指令 与总的感应电压 方向对齐。
- 效果: 即使RSC饱和，其实际输出电压 仍然会沿着指令电压的方向输出其最大值。由于方向对齐，实际输出电压与感应电压之间的矢量差（即驱动暂态电流的残余电压）最小。
- 结论: 通过电压对齐，FFTCC可以在RSC饱和的情况下，最大限度地抑制暂态转子电流，从而最小化撬棒电路（Crowbar）的触发概率。
C. 不平衡故障补偿
对于不平衡故障，FFTCC同样适用。关键在于准确计算出瞬时定子磁链的旋转角速度 ，并将其代入控制器即可。
通过这种方式，无需进行复杂的正负序分量分解，即可对不平衡故障进行补偿。
