兆瓦級雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的仿真分析

       摘要： 本文對兆瓦級雙饋風(fēng)力發(fā)電機組的數(shù)學(xué)模型進行了分析，在MATLAB中采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法建立了基于定子磁場矢量控制技術(shù)的雙PWM變流器控制系統(tǒng)模型。仿真結(jié)果驗證了系統(tǒng)在實現(xiàn)最大風(fēng)能捕捉和有功、無功解耦控制上的有效性。
      關(guān)鍵詞：雙饋風(fēng)力發(fā)電機；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)因為具有：低風(fēng)速時可以根據(jù)風(fēng)速變調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)矩獲得最大風(fēng)能；高于額定風(fēng)速時可以改變槳葉節(jié)距角來維持額定功率的優(yōu)點而成為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的重要發(fā)展方向。
 

      1 雙饋風(fēng)力發(fā)電機組的工作原理和數(shù)學(xué)模型
      1.1 雙饋異步發(fā)電機組的工作原理
雙饋異步發(fā)電機是由一臺帶集電環(huán)的繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機和雙PWM變流器組成。雙饋異步發(fā)電機的定子繞組直接與工頻電網(wǎng)相連。運行時，發(fā)電機的轉(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)電機的轉(zhuǎn)速變化時可通過調(diào)節(jié)f2來維持f1恒定。
      1.2 雙饋異步發(fā)電機的數(shù)學(xué)模型
      本文按電動機慣例建立雙饋異步發(fā)電機的數(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)電機采用定子磁場定向矢量控制技術(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)電機電磁轉(zhuǎn)矩可通過轉(zhuǎn)子中的q軸電流進行控制，達到調(diào)速的目的；而定子有功功率P1只與轉(zhuǎn)子電流iq2有關(guān)，無功功率Q1只與id2有關(guān)，從而實現(xiàn)了有功功率和無功功率的解耦控制。