兆瓦級(jí)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的仿真分析

       摘要： 本文對(duì)兆瓦級(jí)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析，在MATLAB中采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法建立了基于定子磁場(chǎng)矢量控制技術(shù)的雙PWM變流器控制系統(tǒng)模型。仿真結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕捉和有功、無(wú)功解耦控制上的有效性。
      關(guān)鍵詞：雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)；雙PWM變流器；矢量控制技術(shù)；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
      雙饋異步風(fēng)力發(fā)電技術(shù)因?yàn)榫哂校旱惋L(fēng)速時(shí)可以根據(jù)風(fēng)速變調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩獲得最大風(fēng)能；高于額定風(fēng)速時(shí)可以改變槳葉節(jié)距角來(lái)維持額定功率的優(yōu)點(diǎn)而成為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的重要發(fā)展方向。
 

      1 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理和數(shù)學(xué)模型
      1.1 雙饋異步發(fā)電機(jī)組的工作原理
雙饋異步發(fā)電機(jī)是由一臺(tái)帶集電環(huán)的繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)和雙PWM變流器組成。雙饋異步發(fā)電機(jī)的定子繞組直接與工頻電網(wǎng)相連。運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和定、轉(zhuǎn)子電流的頻率關(guān)系可表示為：f1=pn/60±f2,由此式可知：當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)f2來(lái)維持f1恒定。
      1.2 雙饋異步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型
      本文按電動(dòng)機(jī)慣例建立雙饋異步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。其中電壓方程式為                  

式中下標(biāo)1和2分別表示定子側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)；d和q分別表示d軸和q軸。P是微分算子，ω、ωS 分別是同步角速度和轉(zhuǎn)差角速度。磁鏈方程式為

雙饋發(fā)電機(jī)采用定子磁場(chǎng)定向矢量控制技術(shù)，將定子磁鏈Ψ1方向取在d軸，忽略電阻壓降得

由上幾式可得電磁轉(zhuǎn)矩和功率方程  

       當(dāng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)以后，定子電壓不變，則Ψ1也不變，由式(4)可見，發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩可通過(guò)轉(zhuǎn)子中的q軸電流進(jìn)行控制，達(dá)到調(diào)速的目的；而定子有功功率P1只與轉(zhuǎn)子電流iq2有關(guān)，無(wú)功功率Q1只與id2有關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了有功功率和無(wú)功功率的解耦控制。