研究与开发
2007年第11期
45基于Matlab的双馈风力 发电系统动态仿真 刘芳宇1 李艳春2 ( 1.太原理工大学理学院，太原 030024 ；2.山西电力科学研究院，太原 030001) 摘要 本文以双馈风力发电系统为研究对象，建立了双馈风力发电系统的动态数学模型，包括风速、风力机、双馈发电机以及补偿电容器四个部分。利用Matlab/Simulink建立了仿真系统模型,详细论述了仿真的方法和过程，并对风电场接入电力系统进行了动态稳定分析，论文同时就如何提高风电系统短路故障后的动态稳定性进行了研究。 关键词：风电场；双馈风力发电系统；Matlab；动态仿真 Dynamic Simulation of Doubiy-fed Wind Power System Based on Matlab Liu Fangyu Li Yanchun (Taiyuan University of Technology , Taiyuan 030024) Abstract Taking doubly-fed wind power system as an object, the paper presents the dynamic model of doubly-fed wind power system, including wind speed, windmill, doubly-fed generator and capacitor. The method and process of the dynamic simulation based on Matlab/Simulink are discussed in detail, and the dynamic stability on the wind-farm connected to power system is analyzed. At the same time, the thesis studies how to improve dynamic stability of wind power system after the short-circuit fault is occurred. Key words：wind farm；doubly-fed wind power system；Matlab；dynamic simulation 1 引言 随着我国风力发电事业的不断发展，新建风电场的规模越来越大。由于电场的输出功率会随着风速变化而不断地变化，所以当大型风电场并网运行时，这种功率波动将会对系统的稳定性和可靠性造成一定的影响。 随着风电在系统中的比例越来越高，风电场并网运行会带来许多问题,其中包括系统节点电压、系统频率的波动和偏差，还有系统安全稳定性受到的影响[1]。因此，对大型风电场并网运行所造成的系统电能质量和动态稳定性问题进行分析是十分必要的。 双馈风力发电机组是目前我国广泛使用的风电设备，由于它的运行特性不同于常规发电机组，当其并网运行时会对电力系统造成一定的影响。本文以双馈风力发电系统作为研究对象，通过MATLAB仿真的方法分析其并网运行特性。 2 动态数学模型 建立了双馈风力发电系统的动态数学模型，包括风速、风力机、双馈异步发电机以及补偿电容器四个部分；包含风电场的电力系统动态仿真程序中除了双馈异步风力发电机组外，还包括同步发电机、励磁系统、转速控制器[2]，下面将逐一介绍它们的数学模型。 2.1 风速模型 本文采用国内外使用较多的风速四分量模型，各分量分别为基本风V、阵风VWG、渐变风VWR、随机噪声风VWN。 模拟实际作用在风力机上的风速VW为： WWGWRWNVVVVR=+++ （1） 研究与开发
西南交通大学
硕士学位论文
双馈风力发电变流器控制技术研究
姓名：周天佑
申请学位级别：硕士
专业：电力电子与电力传动
指导教师：郭育华
20090601西南交通大学硕士研究生学位论文第ｌｌ页
摘要
随着工业的迅速发展，能源消耗日益增长、环境污染日趋严重，迫使人
们考虑新能源和可再生能源的开发和利用问题。风能由于其突出的优点而倍
受世界多数国家的关注，在风力发电系统中，变速恒频双馈风力发电技术以
其成本低、效率高等特点成为当今风力发电技术中的主流。变速恒频技术的
应用大大提高了风能的利用率。在变速恒频风力发电系统中，变流装置的作用是完成发电机与电网之间的能量传递。
本论文的主要内容是围绕双馈风力发电系统中所用到的双馈电机、双
ＰＷＭ变流器及其相关控制技术进行讨论和研究并仿真。
本文首先介绍国内外风力发电技术的发展、研究现状，并分析变速恒频风
力发电系统的基本原理，接着介绍双馈电机的数学模型和坐标变换原理。分
析交直交变流器在变速恒频风力发电系统中的运行原理。讨论双馈电机的运
行原理；进而分析了双ＰＷＭ变流器的功能和控制方法，通过对双馈发电机在
三相静止坐标系下的数学模型和两相旋转坐标系下的数学模型的研究，提出
基于定子磁场定向矢量的控制策略，实现双馈发电机有功功率和无功功率的
解耦。
最后在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ平台下进行软件仿真，通过仿真结果证明控制方
法的正确性，仿真试验验证转子侧变流器能够较好的实现跟踪风能变化，控
制双馈电机的特点；网侧变流器实现单位功率因数整流和单位功率因数逆变
以及稳定直流侧电压的功能，同时验证所建立的变流器模型具有低压穿越
（ＬＶＲＴ）的能力，而且输入输出特性好、谐波少、能量可以双向流动等特点。
关键词：风力发电；变速恒频；双馈电机；ＰＷＭ变流器；矢量控制；低压穿
越Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｗｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｇｒｏｗｉｎｇ
ｉｎｃｒｅａｓｉｎ西ｙｓｅｒｉｏｕｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｆｏｒｃｉｎｇｐｅｏｐｌｅｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒｎｅｗａｎｄ
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双馈风力发电系统控制策略研究
作者：肖丽娜
来源：《环球市场》2017年第12期
摘要：随着我国化石能源消耗的日益增长，造成诸多资源已经面临枯竭。石油等化石能源不可再生和燃烧对环境造成严重污染，已成为人类实行可持续发展道路上迫切需要解决的问题，开发利用可再生能源是解决能源危机和环境污染问题的必然选择。风能是所有可再生能源中发展速度最快和开发规模最大的，存在巨大潜力成为保护地球生态环境的清洁能源。如何最大程度利用风能以及控制风力发电系统功率输出，成为风力发电领域的研究重点。
关键词：双馈发电机；风力发电系统；控制策略
能源是人类发展进步的基础，关系到国家社会、经济全面可持续发展，当今世界，人类社会发展日益加速，社会的发展提高了人们的生活水平，同时对能源的需求也大大增加。随着化石资源的日益枯竭和人类对全球环境恶化的倍加关注，寻找可替代的清洁能源成为国家能源战略的重点。
1双馈异步电机运行的基本原理
双馈异步发电机功率通常在几百千瓦至几兆瓦之间，发电机定子只能将风力机功率传输绐电网，因此定子中功率流动是单向的。转子回路中根据发电系统的运行状态不同，功率流动的方向也会不同，电网可以通过转子侧和网侧变换器从转子接收功率，也可以给转子输送功率。转子经过变换器传送的最大功率比全功率变换器功率小的多，为双馈发电机额定功率的30%左右。 龙源期刊网
2双馈风力发电系统变换器控制
2.1网侧变换器矢量控制策略
网侧变换器在电网电压正常的情形下，常常使用的矢量控制策略有两种：第一种是基于电网电压定向的矢量控制；第二种是基于虚拟磁链定向的矢量控制。电网电压定向的矢量控制是以电网电压的角度作为电流坐标变换的参考依据，通过控制dq轴电流实现控制网侧变换器有功和无功的目的。虚拟磁链定向控制的目的是为了降低控制器成本，这种控制策略不需要电压传感器，把网侧变换器等效成为了一台由转子侧逆变器供电以电网同步频率运行的交流电机。控制方法采用交流电机磁链观测相类似的方法来获取虚拟的电网磁链，从而省去了电网电压作为定向矢量的参考，也就不需要电压传感器测量电压。
第３Ｏ卷第２２期 ２０１４年１１月 甘肃科技 Ｇａｎｓｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．３０ Ｄ．２２ Ｎｏｖ．２０１４ 双馈风力发电控制系统设计与仿真研究 陈 健 ．孟金岭 （１．长沙矿山研究院，湖南长沙４１００１２；２．广东电网公司电力科学研究院．广东广州５１ＯＯ８０） 摘要：从双馈电机的复矢量模型出发，建立了在同步坐标系中双馈电机的数学模型，分析了双馈电机运行的状态 和能量的流动。通过分析几种励磁变频电路的结构，从他们的经济性、稳定性和容量等方面进行比较，得出两电平 电压型双ＰＷＭ变换器是交流励磁电源的最优方案。最后，设计了双馈电机的控制策略。采用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ对双 馈风力发电系统进行整体仿真，验证了所提方案的可行性和有效性。 关键词：双馈电机；风力发电；变速恒频；控制策略；仿真 中图分类号：ＴＭ６１４ 常规石化能源的大量消耗引发国内外的能源 危机【 １。作为清洁能源。风能的利用成为发电领域的 竞争热点［２．一－。 在风能发电利用中，双馈电机能够实现变频恒 速，最大风能捕捉，达到机电之间柔性连接，使得双 馈电机成为风能发电研究热点。国内外学者进行相 关研究 。在国内外双馈电机控制技术研究成果的 基础上，以双馈电机为研究对象，对其风电系统和 双馈控制策略进行了研究。通过双馈发电机的传统 等效电路图和时空矢量图，建立其数学模型，提出 商品化变速恒频双馈风力发电机组交流励磁电源 的优选方案。采用ＭＡＴＬＡＢ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ对双馈风力发 电机组进行整体仿真．证明了所提方案的可行性和 有效性。 １双馈风力发电机的数学模型 变速恒频双馈风力发电系统运行时通常将发 电机定子绕组接人工频电网．转子绕组与幅值、频 率、相位和相序均可调节的变频器相连 。双馈发电 机的额定功率与一般发电机不同在忽略定转子铜 耗的情况下，风力发电机的定子输出电功率Ｐ１等于 转子输入电功率 与电机轴上输入机械功率Ｐ雎 之和，即： Ｐ１＝Ｐ２＋ ＝ＳＰ１ （１） 输入的总的机械功率可表示为： ＾＝（１－Ｓ）Ｐ１ （２） 式中：Ｉｓ为转差率。 双馈电机的物理模型如图１所示。假设以下条 件成立：１）三相绕组完全对称；２）忽略磁路饱和，各 绕组的自感和互感都是恒定的；３）忽略铁芯损耗； ４）不考虑频率和温度对绕组电阻大小的影响；５）电 机气隙磁通在空间按正弦分布。
