基于Matlab的双馈异步风力发电机风电场仿真
基于Matlab的双馈风力发电机的模型研究与仿真
胡绍猫, 陈秉均 ( 华南理工大学, 广东 广州 510640)
Sim ulation Research on the M odel of Doubly fed Wind T urbine Based on M atlab
HU Shao mao, CHEN Bing jun ( South China U niver sity of T echno lo gy , Guangzhou 510640, China)
[ 1] 刘天羽 , 于书芳 , 等 . 无刷 电机在 风力发 电机变 速恒 频 控制中的研究 [ J] . 内 蒙古 电力 技术 , 2002, 20( 4) : 13. [ 2] [ 3] 贺益康 , 郑 康 , 等 . 交流 励磁变 速恒频 风电系 统运 行 研究[ J] . 电力系统自动化 , 2004, 28( 13) : 55- 59, 68. 聂春燕 . 基于 M at lab/ Simulink 异步电动机动态仿真模 型的研究 [ J] . 电工技术杂志 , 2000, ( 8) : 22- 24. 作者简介 : 胡绍猫 ( 1978- ) , 男 , 江西新余人 , 华南理工大 学
发电效率下降. 为在各种风速下实现最大风能捕获, 需根据风速调节风力机的转速, 即作变速恒频发电 运行. 实现变速恒频发电的方式很多 , 其中交流励磁 方案很具优势. 这种变速恒频方式采用双馈型发电 机 , 其定子并网, 转子由变频器提供三相滑差频率电 流进行励磁 . 在追踪最大风能捕获的变速运行中 , 随 时调节励磁电流的 频率、 相序 , 使发电 机能在同步 上、 下广泛范围内作变速恒频运行. 进行各种运行状 态下风力发电机组的动态仿真, 对其运行和设计具 有重要意义 .
电力电子matlab风力发电仿真Wind Farm实验报告
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。
基于MATLAB的双馈风电机组控制器的建模和仿真
ｗ ｉ ｎ ｄ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ． Ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ｔ ａ ｔ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ａ ｓ ｗ ｅ ｌ ｌ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋ
Ｍｏ ｄｅ ｌ ｉ ｎｇ ａ ｎｄ Ｓｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｄｏ ｕｂ ｌ ｅ － Ｆｅ ｄ Ｗ ｉ ｎｄ Ｔｕｒ ｂｉ ｎｅ Ｃｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ａ ｎ ， Ｌ Ｕ Ｏ Ｘ ｉ ａ ｏ － ｆ ｅ ｎ ， Ｊ Ｉ Ａ ＮＧ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ， Ｊ Ｉ Ａ Ｎ Ｇ Ｙ ｕ ａ ｎ — ｙ ｕ ａ ｎ 。
ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐｏ ｗｅ ｒ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ， ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｄ ｒ ｏ ｐ ｓ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｏ ｒ ｃ ｕ ｒｅ ｎ ｔ ｗｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ， ｉ ｔ ｓ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｇ ｅ ｔ ｂ ｉ ｇ ｇ ｅ ｒ ， ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｓ ｉ ｄ ｅ ｉ ｎ — ｖ ｅ ￣ｅ ｒ ｃ ｕ ｒｅ ｎ ｔ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｄ ｌ ｉ ｔ ｔ ｌ ｅ ．
摘 要： 以双馈 风 力发 电机 组 的控制 器 为研 究对 象 ， 分析 了发 电机 速 度控 制 环 节和 无功 控 制环 节 的 原理 ， 在 ｍａ ｔ —
ｌ ａ ｂ ／ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ中建 立 了相 应 的仿真模 型 ， 并 对无功控 制 环 节进 行 了详 细的仿 真 ， 分析 了无 功功 率 变化 时 对 网侧 逆
MATLAB在风力发电技术中的应用仿真(共33张)
图9-2 基于普通(pǔtōng)感应发电机的定速风电机组
第4页，共33页。
0.5 0.4 0.3
C p 0.2
0.1
0o
10o
2.5o
5o
0.0
-0.1 0
25o
2
4
6
15o
8 10 12 14 16
图9-3 关系(guān xì)曲线
第5页，共33页。
wi n d tu rb i n e 1
Vdc
Vdc (V)
wr
Speed (pu)
pitch pitch angle (deg)
图9-12
wi n d tu rb i n e 2
Trip
Wi n d T urbi ne Pro te cti o n
Trip Time
0
[T ri p_WT ]
0
Phasors pow ergui
第25页，共33页。
信号 1~3 4~6 7~8 9~11
表9-2 双馈变速风电机组输出(shūchū)信号
信号名称 Iabc(cmplx) (pu) Vabc(cmplx)(pu) Vdq_stator(pu) Iabc_stator (cmplx)(pu)
信号定义
以发电机额定电压为基准 值的流入风电机组端口电流 相量
A
A
B
B
C
C
Line1
A B C Three-Phase Fault
<wr (pu)> <P (pu)> <Q (pu)>
|u| <Vabc (cmplx) (pu)>
y From Workspace
基于Matlab_Simulink的双馈感应风力发电机组建模和仿真研究
要控制机组的转速来实现最大风能捕获，可以
检测当前的风速并计算出最佳转速后进行转速控
制，这实际上是一种直接转速控制的方法，控制目标
明确，原理简单。但现场中风速的准确检测比较困
难，实现起来存在很多问题，风速检测的误差会降低
最大风能捕获的效果[14-15]。在实际应用中，可以通过
控制策略和控制方法的改进来避免风速的检测。这
2
2
P = 2
2 2
2
2
3 2
(ud2id2+uq2iq2)
2
2
2
P = 2
2 2
2
2
3 2
(uq2id2-ud2iq2)
（10）
清洁能源 Cle a n Ene rgy
第 26 卷 第 11 期
电网与清洁能源
97
式中，P1、Q1为定子侧向电网输出有功无功；P2、Q2为 转子侧从电网输入有功无功。
图2 风能利用系数-叶尖速比
从轮毂到发电机转子之间的机械传动部分在硬
度和阻尼系数被忽略时，可用一质量块的实用模型
来描述[6-7]，如式（4）所示。
Tgen-T'wtr=Jd
dΩgen dt
（4）
式中，Jd为等效转动惯量；T'wtr为等效风轮转矩；Tgen为 转子转矩；Ωgen为转子机械角速度。 1.2 双馈感应发电机数学模型
系：
u2 2
2 d1 2
22 2
u2 2
2 q1 2 22
= 2 2 u2 d2 2
22
u22 22
2 q2 2
-R1-L1P -ω1L1 -LmP -ωsLm
ω1L1 -R1-L1P
ωsLm -LmP
双馈感应风力机并网运行的仿真
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 ）。
双馈电动机基于MATLAB的建模与仿真
基于MATLAB的双馈风电机组控制器的建模和仿真
基于MATLAB的双馈风电机组控制器的建模和仿真杨家然;罗晓芬;蒋程;江园园【摘要】以双馈风力发电机组的控制器为研究对象,分析了发电机速度控制环节和无功控制环节的原理,在matlab/simulink中建立了相应的仿真模型,并对无功控制环节进行了详细的仿真,分析了无功功率变化时对网侧逆变器和发电机定子转子电流的影响,结果表明,在无功功率调节的过程中网侧变流器的电流的幅值和相位变化很小,当发出容性无功增加时,网侧电压会下降,定子侧电流会上升,其相位会变大,网侧变流器的电流变化不大.【期刊名称】《电气开关》【年(卷),期】2014(052)002【总页数】4页(P36-38,42)【关键词】双馈风力发电机组;控制模型;建模和仿真;MATLAB/SIMULINK【作者】杨家然;罗晓芬;蒋程;江园园【作者单位】华能威海发电有限责任公司,山东威海264205;华能威海发电有限责任公司,山东威海264205;华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206;首优咨询(北京)有限公司,北京100025【正文语种】中文【中图分类】TM571 引言进入21世纪以来，发展低碳经济、建设生态文明、实现可持续发展，成为人类社会的普遍共识。
目前以风能、太阳能等为代表的间歇性能源已成为当今世界的潮流，同时也是建设智能电网，推动低碳经济不可或缺的重要组成部分。
据初步统计，2011年中国新增风电装机容量接近18GW[1]，2012年国内风电市场发展将依然延续2011年的发展趋势，新增装机将维持在18GW 以上[2]，到2015年，风电装机将达到100GW，中国已经是世界上风电设备制造大国和风电装机容量最多的国家，成为名副其实的风电大国。
并网型风电场是风电开发的主要方式。
兆瓦级双馈感应风力发电机是风电场的主力机型之一[3]。
双馈机组能够对有功出力和无功出力进行解耦控制，实现最大风能跟踪，运行性优良，但这也使双馈机组控制结构较为复杂。
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基于Matlab的双馈异步风力发电机风电场仿真
仿真对象是一个由6台1.5MW双馈异步风力发电机组组成的9MW的风电场。
这个风电场连接着一个25kv的分布式发电系统，它的电能通过35km长，电压等级为25kv的馈线（B25）输入到120kv的电网上。
一、仿真过程及结果分析
1、风速变化，风机的反映。
初始风速设定为8m/s，时间到t=4s，风速增长到14m/s。
开始仿真。
图1 风速突然变化时输出的曲线（voltage regulation 模式）
有功功率随转速平稳的增长，用了18秒的时间到达额定9MW。
这段时间内风机转速从0.8pu增长到1.21pu。
桨距角从0度增长到0.76度，用来限制机械功率。
通过调控无功功率来维持电压在1pu。
额定功率时，风机吸收了0.68Mvar，从而控制电压不变。
图2 风速突然变化时输出曲线（Var regulation 模式）无功控制模式下，保持功率因数不变，从电网吸收一部分无功来并网（达到同步转速），因吸收无功，电压上升。
2、110kv系统电压突然下降的仿真。
风速不变8m/s。
设置5s发生一次0.15pu的电压下降（在Time variation of 中选择Amplitude）。
确保风机为无功控制。
图3 110kv电压突然下降（Var Regulation 模式）
用电设备的电流降至0，电动机转速逐渐下降。
用电设备被分离出电网。
图4 110kv电压突然下降（voltage regulation模式）
采用Voltage regulation控制模式，用电设备没有被分出电网。
因为电压下降时，风电场发出无功功率。
3、短路故障分析。
0.5s发生三相短路，0.6s消除。
仿真时间为2s。
图5 B690 母线故障时风电场输出波形（voltage regulation 模式）
电网发生故障时，风电机组出口电压降低，向电网提供无功功率。
故障清除后，风电机组需要从电网吸收无功功率。
故障时电压下降
图6 B690母线三相短路（var regulation 模式）
电网发生故障时，风电机组出口电压降低，向电网提供无功功率。
故障清除后，风电机组通过控制减小了机组与电网之间的无功交换。
机端电压回复较慢。
随机风下风机变化（voltage）
电压不随风速的波动而变化，为保持电压恒定，从电网中吸收无功随风速变化。
当采用无功控制时，风机从电网中吸收的无功功率基本不变。
双馈异步风力发电机包含：一个绕线式转子的异步发电机和一个基于IGBT 的交-直-交PWM变频器。
定子绕组直接连接到电网。
转子通过反馈来调解频率。
可以低风速，优化转速，吸收最大能量。
狂风时，承受最小机械压力。
风速低于10次同步运行，转子从电网吸收有功功率。
风速高时，转子处于超同步运行状态，有功功率从转子送到电网。
无功控制模式，运行时保持Q=Ptan&。
电压控制模式，通过对无功的控制，保持电压不变。
桨距角低于额定风速降低为0，高于额定风速变大。