兆瓦级双馈异步风力发电系统的仿真分析

       摘要： 本文对兆瓦级双馈风力发电机组的数学模型进行了分析，在MATLAB中采用结构化设计方法建立了基于定子磁场矢量控制技术的双PWM变流器控制系统模型。仿真结果验证了系统在实现最大风能捕捉和有功、无功解耦控制上的有效性。
      关键词：双馈风力发电机；双PWM变流器；矢量控制技术；MATLAB仿真

Simulation Analysis of the Mega-watt DFIG Wind Turbines system

Dong Hongxi1  Sun Zhiyi2

       Abstract: In this paper, analyzing the mathematical model of MW doubly fed induction generator (DFIG) wind turbines. In the MATLAB, using a structured design method, a dual PWM converter control system model were established on the basis of the stator flux field vector control technology. Based on the simulation results, it was proved that the system is capable of capturing maximum wind powers, achieving the decoupled control of active and reactive powers.
      Keywords: DFIG; dual-PWM converter; vector control technology; MATLAB simulation
 
      引言
      双馈异步风力发电技术因为具有：低风速时可以根据风速变调节发电机转矩获得最大风能；高于额定风速时可以改变桨叶节距角来维持额定功率的优点而成为风力发电技术的重要发展方向。
 

      1 双馈风力发电机组的工作原理和数学模型
      1.1 双馈异步发电机组的工作原理
双馈异步发电机是由一台带集电环的绕线转子异步发电机和双PWM变流器组成。双馈异步发电机的定子绕组直接与工频电网相连。运行时，发电机的转速和定、转子电流的频率关系可表示为：f1=pn/60±f2,由此式可知：当发电机的转速变化时可通过调节f2来维持f1恒定。
      1.2 双馈异步发电机的数学模型
      本文按电动机惯例建立双馈异步发电机的数学模型。其中电压方程式为                  

式中下标1和2分别表示定子侧和转子侧；d和q分别表示d轴和q轴。P是微分算子，ω、ωS 分别是同步角速度和转差角速度。磁链方程式为

双馈发电机采用定子磁场定向矢量控制技术，将定子磁链Ψ1方向取在d轴，忽略电阻压降得

由上几式可得电磁转矩和功率方程  

       当发电机并网以后，定子电压不变，则Ψ1也不变，由式(4)可见，发电机电磁转矩可通过转子中的q轴电流进行控制，达到调速的目的；而定子有功功率P1只与转子电流iq2有关，无功功率Q1只与id2有关，从而实现了有功功率和无功功率的解耦控制。