无刷双馈电机是一种新型交流电机，由于取消了电刷和集电环，维护成本低，可靠性更高，应用前景非常广泛。
在国家十四五规划提出降低碳排放和加大清洁能源比重的背景下，对无刷双馈电机在风力发电领域的应用与控制研究显得尤为重要。
近年来，随着风电总装机容量的不断增加，电网电压跌落期间要求发电系统不间断运行，主动式Crowbar在吸收瞬时能量的同时可实现发电系统向电网输出无功电流，但会带来成本方面的问题。
因此改进主动式Crowbar装置的保护方法或者展开无Crowbar控制技术的研究势在必行。
鉴于当前无刷双馈风力发电机的低电压穿越研究存在一些不足，华中科技大学电气与电子工程学院、易事特集团股份有限公司的聂鹏程、吴文辉，更加深入分析地电网电压瞬时对称跌落时无刷双馈风力发电机的动态运行特性。
在复频域推导功率绕组和控制绕组瞬态电流的表达式，得出其超调量和振荡时间受发电机自身参数、电网电压跌落程度、相位及转速的影响。
并提出一种优化控制策略，即状态反馈控制，以改善控制系统的瞬态运行特性。
他们指出，状态反馈控制是一种优化控制策略，不增加系统的维度。
利用原系统中可以直接测量的状态变量作为附加输入信号，从而改变了系统的特征方程，即重新配置极点，改变系统的收敛速度，进一步改善控制系统的动态性能。
由于电网电压瞬时跌落时无刷双馈风力发电机功率绕组和控制绕组瞬态电流的超调量和振荡时间受发电机自身参数的影响，对于一台设计制造成型的无刷双馈发电机，本身电机参数无法改变，可考虑将状态反馈控制应用于无刷双馈风力发电机的电网故障工况。
图1 无刷双馈风力发电系统实验平台研究者根据发电机的状态空间方程，引入状态反馈后，可改变系统的控制结构，改变发电机的系统矩阵，重新配置系统极点，使系统加速收敛，同时减小振幅。
从物理意义上讲，相当于改变其等效电机参数，即增大其等效瞬态阻抗，抑制了功率绕组和控制绕组瞬态电流和电磁转矩的振荡超调，提升系统的抗扰动能力，增强其鲁棒性。
最后，电网电压瞬时对称跌落到20%，他们展开状态反馈控制策略与传统双闭环PI矢量控制策略的实验，通过发电机功率绕组和控制绕组电流以及磁转矩的对比，验证状态反馈策略的可行性和有效性。
实验结果显示，状态反馈控制下发电机物理量的超调明显小于传统控制策略下对应的物理量的超调，振荡持续时间缩短，且满足功率器件的要求，整个控制系统的抗扰动能力得到增强。
本工作成果发表在2023年第17期《电工技术学报》，论文标题为“电网电压对称跌落时无刷双馈风力发电机的状态反馈控制”。
本课题得到东莞市引进创新科研团队计划的支持。