基于Matlab的由双馈风力发电机组成的风电场仿真

基于Matlab双馈风力发电机混沌运动的仿真分析曹娜;朱春华;于群【摘要】Depending on the complex nonlinear characteristics of doubly fed induction generator (DFIG),based on the mathematical model of synchronous rotating d-q axis coordinate system,this paper introduced the derivation of nonlinear dynamical model of doubly fed induction generator which is under flux linkage open-loop control strategy.The Matlab software is used to simulate the nonlinear dynamical model of a real doubly fed induction generator.The characteristics of the system from regular motion to chaotic motion are obtained through the subspace trajectory map and time domain waveform diagram.Students can understand the nonlinear dynamical behavior of doubly fed induction generator vividly and analyze accurately the stability of doubly fed induction generator through the simulation.The combination of theory and simulation method can effectively improve the quality of teaching.%针对双馈风力发电机(DFIG)复杂非线性特点,在同步旋转d-q轴坐标系下数学模型基础上,介绍了磁链开环转差控制策略下双馈风力发电机(DFIG)非线性微分模型推导过程;运用Matlab软件对某实际双馈风力发电机的非线性微分动力学模型进行数值仿真.仿真获得的子空间运动轨迹图和时域波形图展现了系统从规则运动转化到混沌运动所具有的特征.该仿真能使学生深刻的认识双馈风力发电机中存在的非线性动力学行为,准确分析双馈风力发电机稳定性,这种理论与仿真相结合的方法能够有效地提高教学质量.【期刊名称】《实验室研究与探索》【年(卷),期】2017(036)010【总页数】4页(P119-122)【关键词】双馈风力发电机;非线性微分模型;数值仿真;混沌;稳定性【作者】曹娜;朱春华;于群【作者单位】山东科技大学电气与自动化工程学院,山东青岛266590;山东科技大学电气与自动化工程学院,山东青岛266590;山东科技大学电气与自动化工程学院,山东青岛266590【正文语种】中文【中图分类】TM315风力发电具有绿色、环保等特点，作为解决能源问题的主要技术，近年来，越来越受到人们的关注[1-2]。

电力电子技术仿真实验报告学校：四川大学学院：电气信息学院专业：电气工程及其自动化年级：2011级班级：电力109班实验内容：9MW DFIG风电场MATLAB仿真实验小组成员：杜泽旭：1143031345罗恒：1143031346何强：1143031347蒋红亮：1143031153陈中俊：1143031272一、仿真平台本次实验的仿真平台是MATLAB软件。

MATLAB软件是由美国mathworks 公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。

它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

本次实验所用的MATLAB软件版本为MATLAB7.11.0(R2010b)。

二、仿真模型在本次试验中我们所用是MATLAB中的自带的示例中的Sim Power system 中的由风力涡轮机驱动使用双馈异步式风力发电机发电的9MW风力发电系统，这是一个已经搭建好的模块我们只需用在以上基础做一定的参数设定就可以得到我们所想要的仿真模型。

操作步骤如下所示：仿真模型原理图三、实验要求1）系统自带的仿真模块中，说明系统运行工况和风机运行情况（电压、电流、转速等）；2）修改仿真模型，将系统电压改为风机输出670V，升压至35kV，经30km线路输送后并入110kV电网。

要求110kV电网的短路容量为3000MV A。

然后说明系统运行工况和风机运行情况（电压、电流、转速等），并与1）对比；3）修改风速至12m/s，运行仿真并观察结果。

四、实验内容1、系统总体结构图2、系统模型图系统模型图3、模拟电网参数120kV模拟电网参数如下图所示，可知该模块模拟电网在0.03s时发生电压降落，在0.13s时电网恢复电压。

MATLAB系统自带双馈风机的参数设置1. 简介在MATLAB系统中，有一个功能强大的工具箱，可以用于双馈风机的参数设置和仿真。

双馈风机是一种常见的风力发电机，它具有两个独立控制的转子回路，可以提高发电效率和稳定性。

本文将详细介绍MATLAB系统自带的双馈风机参数设置方法，并提供相关代码示例。

2. 参数设置在MATLAB中，使用sfd命令可以创建双馈风机对象，并对其进行参数设置。

以下是常用的参数及其说明：•P：双馈风机的功率（单位：千瓦）。

•Vr：风速（单位：米/秒）。

•f：电网频率（单位：赫兹）。

•Rr：转子侧电阻（单位：欧姆）。

•Xr：转子侧电抗（单位：欧姆）。

•Xs：定子侧电抗（单位：欧姆）。

•Xm：互感电抗（单位：欧姆）。

以下是一个示例代码：P = 1500; % 双馈风机功率为1500千瓦Vr = 12; % 风速为12米/秒f = 50; % 电网频率为50赫兹Rr = 0.01; % 转子侧电阻为0.01欧姆Xr = 0.1; % 转子侧电抗为0.1欧姆Xs = 1; % 定子侧电抗为1欧姆Xm = 10; % 互感电抗为10欧姆sfd_obj = sfd(P, Vr, f, Rr, Xr, Xs, Xm); % 创建双馈风机对象并设置参数3. 双馈风机仿真在MATLAB中，使用sim命令可以对双馈风机进行仿真。

以下是一个示例代码：t_start = 0; % 仿真开始时间（单位：秒）t_end = 10; % 仿真结束时间（单位：秒）t_step = 0.01; % 时间步长（单位：秒）sim_result = sim(sfd_obj, t_start, t_end, t_step); % 对双馈风机进行仿真% 绘制转速曲线图figure;plot(sim_result.time, sim_result.speed);xlabel('Time (s)');ylabel('Speed (rpm)');title('Generator Speed');% 绘制功率曲线图figure;plot(sim_result.time, sim_result.power);xlabel('Time (s)');ylabel('Power (kW)');title('Power Output');上述代码将对双馈风机进行从0秒到10秒的仿真，并绘制转速和功率随时间变化的曲线图。

双馈感应风电机并网运行的简单仿真学号：201521401036 姓名：刘香 学院：电气工程 班级：s1551摘要：风电场并网运行时会对电网产生一定影响。

本文首先阐述了主体双馈异步发电机的基本情况；详细阐明了风速模型的四种类型及其独立的仿真；感应发电机的并网运行；重点是基于Matlab/Simulink 软件平台，建立风电场与电力系统的模型，在电压调节模式下，由风速变化、电压暂降等双馈感应风电机并网引起的常见故障进行仿真试验。

关键词：双馈感应风力机；并网；Matlab/Simulink ； 1 前言风力发电机组是实现将风能转换为电能的能量转换系统，它包括风力机和风力发电机。

经风力机风轮将风能转换成机械能；由于发电机转子的转动使机械能转化为电能。

本文中的双馈异步发电机（DFIG ）是变速恒频型，电力电子频率变换设备是交-直-交型变频器。

双馈异步发电机的定子绕组与电网直接相连，转子绕组通过频率变换器供给频率可调的交流励磁电流。

2 风速模型风速为风力机提供原动力，风速模型的建立不受整个风电机组模型其它环节的影响，可以独立进行。

可以分为四分量模型：基础风、阵风、渐变风、随机风。

2.1基础风模型基本风对风力机的影响表现在反映风力机输出的额定功率大小，可以由风电场所测得的威布尔分布参数近似表示.⑴式（1）中的A 、K 表示威布尔分布的尺度参数和形状参数，⎪⎭⎫ ⎝⎛K +Γ11代表伽马函数。

基本风风速为 12.5m/s ，仿真时间为 0～10s ，基本风始终存在，MATLAB 仿真程序见附录1，仿真图如图1所示。

图 1 基本风仿真曲线2.2阵风模型风速突然变化的特性可以用阵风模型来表示，当风力机遇到突然变化的干扰可以用它来表示。

.1212max ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=R R R R T T T t V V γG IG GIG IG IG COS GT T t T T t T T t V V +>+≤≤<⎪⎩⎪⎨⎧= 00⑵其中，式中的T G ,T IG ,V Gmax 分别表示阵风的周期（s ）、启动时间（s ）、最大值（m/s ）。

基于MATLAB的双馈电机仿真
王培炎
【期刊名称】《中国校外教育（美术）》
【年(卷),期】2013(000)011
【摘要】根据双馈发电机的原理及数学模型采用定子磁链定向的方法，对变速恒频风力发电系统进行研究，确定了基本的控制策略。

通过MATLAB/Simulink建立系统的仿真模型进行仿真，这些都为进一步地深入研究提供了有效的理论依据。

【总页数】1页(P133-133)
【作者】王培炎
【作者单位】内蒙古北方重工培训中心
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于Matlab双馈风力发电机混沌运动的仿真分析
2.基于MATLAB的双馈发电机功率突变仿真分析和故障诊断
3.基于MATLAB风力机双馈感应电机的仿真研究
4.基于MATLAB仿真分析的风电系统双馈电机矢量控制研究
5.基于Maxwell和MATLAB的双馈直线电机联合仿真控制研究
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基于MATLAB的风力发电系统仿真研究电气工程及其自动化07101班学生姓名：赵爽指导教师：薛继汉教授冯月春助教摘要：本文介绍了风力发电机组的结构组成及原理，并建立了风力发电系统风速的数学模型、传动系统模型、发电机的数学模型, 并用MATLAB软件对风速模型进行了仿真, 结果证明了这些模型的正确性和有效性,说明了风力发电系统的仿真在对风力发电系统分析中的重要作用。

关键词：风力发电;MATLAB仿真; 动态模型; 风力发电机组绪论近几年来，风力发电机组单机容量和风电场建设规模都日益扩大，成为电网电源中的重要组成部分。

风力的随机性和间歇性以及机组运行时的对无功的需求都会影响电力系统稳定运行。

所以，在风电场建设前，需要论证分析风电场接入电网的可行性和确定允许接入的容量水平。

作为分析的基础，需要建立正确的风电机组和风电场的数学模型。

另外，针对新型风力发电机组，也需要根据其特性建立适当的数学模型，并应用于电力系统中，分析它的运行结果。

因此，关于风力发电的课题研究是非常有必要的，对我国的能源结构调整将起到重要的推动作用。

1风力发电机结构组成原理风力发电机组通常亦被称为风能转换系统。

典型的并网型风力发电机组主要包括起支撑作用的塔架、风能的吸收和转换装置—风轮机（叶片、轮毂及其控制器）、起连接作用的传动机构—传动轴、齿轮箱、能量转换装置—发电机及其它风机运行控制系统—偏航系统和制动系统等。

风力发电过程是：自然风吹转叶轮，带动轮毂转动，将风能转变为机械能，然后通过传动机构将机械能送至发电机转子，带动着转子旋转发电，实现由机械能向电能的转换，最后风电场将电能通过区域变电站注入电网。

其能量转换过程是：风能→机械能→电能。

2 风力发电系统对并网运行的影响风力发电机并网过程对电网的冲击影响异步电机作为发电机运行时，没有独立的励磁装置，并网前发电机本身没有电压，因此并网时必然伴随一个过渡过程。

异步发电机并网时的冲击电流的大小，与并网时网络电压的大小、发电机的暂态电抗以及并网时的滑差有关。

感应双馈风力发电机的建模与仿真摘要：以双馈风力发电机组为例，采用面向物理对象的建模方法，基于Modelica语言的仿真软件MWorks搭建了双馈风力发电系统的仿真模型，得到发电机功率、发电机转子转速、发电机电磁转矩、风力机转速、发电机输出电压和输出电流等重要参数曲线，为风力发电机的研究提供了模型基础。

关键词：感应双馈；风力发电机；建模；仿真一、引言风能作为一种清洁的可再生能源，在当今能源短缺和环境问题日益突显的情形下，利用可再生能源发电备受关注，风力发电就是其中的一种。

我国风力资源丰富，利用风力发电是当今时代的发展需要。

然而，由于可再生能源具有间歇性和随机性特点，而且随着风电技术的快速发展，并网装机容量的不断增大，因而保证风电并网后电力系统的安全运行已十分重要。

二、双馈风力发电系统的数学模型按照发电机的运行特征，风力发电系统分为恒速恒频和变速恒频两大类。

随着电力电子技术的发展，双馈异步发电机形式是目前广泛采用的发电机形式，通过电力电子变换器实施转子交流励磁，其定子、转子均可以向电网馈电，故简称双馈发电机。

在运行特性上，双馈发电机兼有异步、同步发电机的双重特性。

这种双重特性使得双馈风力发电系统具有发电高效优质、并网快捷安全的特性，且能参与系统无功功率调节，进而提高整个系统的稳定。

风速的数学模型。

通常风力变化的时空模型采用基本风、阵风、渐变风及随机风的组合模式，以便更精确地描述风能的随机性和间歇性：v=v′+vg+vr+vn式中：v′为基本平均风速；vg为阵风风速；vr为渐变风风速；vn为随机风风速。

风轮数学模型。

变桨距风力机的结构特点是风轮的叶片与轮毂通过轴承连接，需要功率调节时，叶片就相对轮毂转一个角度，即改变叶片的桨距角。

当桨距角逐渐增大时，CPmax曲线向下移动，即CP随之减小。

因此，调节桨距角可以限制捕获的风电功率。

发电机的功率根据叶片的气动性能随风速的变化而变化。

当功率超过额定功率时，变桨距机构开始工作，调整叶片桨距角，将发电机的输出功率限制在额定值附近。

的双馈风力发电机组1 阵风风速下风电机组输出特性变化曲线设VWB为恒定风速，表示风速模型的平均速度，设为阵风风速，描述风速突然变化的特性，其数学模型如公式（1),t1G表示阵风的开始时间，tG的持续时间.VG max表示阵风的最大值，t时间，设VWR为渐变风速，描述风速的渐变特性，其数2 恒定风速下风电机组输出特性变化曲线故障运行时风电机组输出特性仿真采用失效模式设定了单相短路，设定1s路，1.2s内排除，模拟起始点0s，2s。

通过模拟单相短路故障时风电机组输出特性曲线可以看出，当发生电网单相故障时，风电机组的出口电压降低，出口电流增大，但是变化幅度都较小。

风电机组的输出有功功率和无功功率也会出现少许的波动。

故障清除后，风电机组为了使端电压恢复到给定值需要从电网中吸收无功功率，恢复速度相对较快。

采用模式中的失效模式设定三相的短路，设定1s内出现三相短路，3 单相短路故障时风电机组输出特性变化曲线4 单相短路故障时风电机组输出特性变化曲线总结分析在风速为常数的情况下，该双馈风电机组的输出电压及输出功率均为常数。

在双馈风扇机组中，在风速波动时，其输出电压几乎不变，而其输出功率则会随风速的改变而改变。

在电网发生单相干短路时，可使系统的输出电压下降，并使其具有较低的有功、无功等方面的功率变化，一旦排除了这些问题，就可以相对快速地回到原来的运行。

在网络发生三相短路时，风电场的输出电压会急剧下降，而其输出的有功也会随之减少，并且为电力系统输送了大量的无功，从而使风电场在排除了这些问题后，重新回到原来运行的时间要长一些。

MATLAB技术在双馈风力发电机组动态特性分析的方法分析首先，对风轮、传动系统、变桨执行机构、发电机进行了建模，建立了风轮、传动系统、变桨执行机构和发电机的数学建模，建立了系统的模型，通过。

毕业设计 (论文)题目：基于Matlab的无刷双馈电机建模与仿真设计院（系）：专业：电气工程及其自动化学生姓名：学号：指导教师：2020年11月3日桂林电子科技大学继续教育学院本科毕业设计(论文)原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。

本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。

论文作者签名：日期：2020.11.3摘要本文主要对无刷双馈电动机控制系统进行了理论分析和仿真研究。

首先，本文分析了无刷双馈电动机的基本结构、工作原理，并给出了其数学模型，接着利用MATLAB-Simulink对无刷双馈电动机的转速单闭环控制和转速、电流双闭环控制分别进行了建模和仿真。

在仿真过程中，先将整个控制系统分成几个功能模块分别进行建模和仿真，然后将功能模块进行有机结合，搭建成无刷双馈电动机系统的仿真模型。

特别的，在双闭环控制系统中，本文采用了一种基于S函数的建模新方法。

仿真结果表明，这两种控制方式都具有一定的合理性和实用性，但转速、电流双闭环控制更适合用在一些高精度、高稳定性场合，因为其响应速度更快、超调更小、稳定性和跟踪性能更好。

此外，本文所提供的两种仿真模型，也适用于验证其他控制算法，为电机控制系统的设计和调试提供了新的思路，具有一定的实际意义。

关键词：无刷双馈电动机；双闭环控制；MATLAB；建模和仿真目录1绪论 (1)1.1无刷双馈电动机的研究背景和意义 (1)1.2无刷双馈电动机技术的发展 (1)1.2.1电动机本体 (1)1.2.2控制电路 (1)1.2.3驱动电路 (2)1.2.4转子位置检测电路 (2)1.3无刷双馈电动机的特点 (2)1.4无刷双馈电动机的应用 (2)2 无刷双馈电动机的工作原理 (3)2.1无刷双馈电动机的基本构成 (3)2.1.1无刷双馈电动机本体 (4)2.1.2转子位置检测器 (4)2.2无刷双馈电动机的工作原理 (6)2.2.1电压方程 (8)2.2.3状态方程 (10)2.2.4等效电路 (10)2.2.4传递函数 (10)2.2.6无刷双馈电动机的运行特性 (11)3无刷双馈电动机双闭环控制系统的设计和仿真 (14)3.1转速、电流双闭环系统概述 (14)3.2无刷双馈电动机总体模块 (15)3.2.1BLDCM本体模块 (15)3.3转速计算模块 (18)3.4无刷双馈电动机总体模块 (19)3.5速度控制模块 (19)3.6电流滞环控制模块 (20)3.7参考电流模块 (21)3.8位置计算模块 (23)3.9电压逆变器模块 (24)3.10无刷双馈电机系统仿真及其结果 (25)4 总结 (28)参考文献 (30)致谢 (31)1绪论1.1无刷双馈电动机的研究背景和意义无刷双馈电动机（BLDCM）是在有刷直流电动机的基础上发展来的，但它的驱动电流是不折不扣的交流；无刷双馈电机又可以分为无刷速率电机和无刷力矩电机。