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
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。
matlab系统自带双馈风机的参数设置
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的双馈电机仿真
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
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。
MATLAB的风力发电系统仿真研究
于决定空气动力转距 :
Twt
=
0
.
5πρR3
v
2 ∞
CQ
(1)
其中 ρ: 是空气密度 ,R 是风轮半径 ,v ∞是风速 ,CQ 是转
距系数 。
空气动力转距也可由能量转化系数 CP 决定 :
Twt
=
0
.
5πρR2
v
2 ∞
CP
(2)
能量转化系数 CP 和转距系数 CQ 在失速型风机中可以
由叶尖速比λ的方程决定 ,在主动失速和变桨距Π变速风机
断开 ,正常运行时重新连接 。这样频率和电压的维持基本是
靠大型火电厂的控制 。
但是 ,目前随着风力发电容量的增加 ,风力发电系统开
始影响整个能量系统 ,只靠大型火电厂的控制已经很难运行
好一个能量系统 。所以研究风机在能量系统中的行为和它
与其它发电设备和负载的关系非常重要 。
1. 风力发电机组的数学模型及其 MATLAB 仿真
仿真结果如图 7 所示 。
图7
图6 参考文献 :
[ 1 ] Florin Iov ,Anca Daniela Hansen ,Poul Sorensen. Wind turbine block2 set in matlabΠsimulink ,Aalborg University March 2004.
关键词 :风力发电 ;MATLAB 仿真 ;动态模型 ;风力发电机组
随着环保意识的加强 ,削减传统能源对环境的影响 ,开
发可再生能源 ,已经成为必然的选择 ,可再生能源的优势在
于它没有污染排放 ,能量取之不尽 。用风机把储藏在流动空
气中的能量转化为电能是一种不错的风能利用方式 。
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基于Matlab的双馈异步风力发电机风电场仿真
这里仿真的对象是一个由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。有2300kV，2MVA的用电设备也同样连接在B25这
条馈线上。这些用电设备包括一台1.68MW的异步电动机和200kW的阻性负载。风电机和
电动机负载都有保护系统控制着电压、电流和电动机转速。利用Matlab/Simulink建模并进
行了三个方面仿真，其简化示意图及仿真模块图形见附录1。
一、双馈式风力发电机及其仿真模型简介
双馈式异步风力发电机(Doubly-FedInductionGenerator)包含有：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频率为60Hz的电网，
转子通过交-直-交变频器的反馈来调节频率。双馈电机技术可以使风力发电机组在低风速情
况下，通过优化风机转速，从风吸收最大的能量。而在狂风的情况下，可以使风机承受最小
的机械压力。在给定风速的情况下，最优的驱动速度产生最大的机械能。当然这些能量都是
同风速成比例的。在风速低于10m/s的情况下，转子运行于“次同步转速”。在高风速下，
转子运行于“超同步转速”。打开风机的菜单选择“Turbinedata”，然后选择“Display
wind-turbinepowercharacteristics”（见图1）。风机机械功率作为驱动转速的功能，在风速
5m/s~16.2m/s的范围内可以被显示出来。双馈电机是根据这条红曲线来控制的。最佳的驱动
转速是在曲线上的B点和C点之间。双馈电机的另一个优点是电力电子变频器可以产生或
者吸收无功。这样就减少了鼠笼绕组式异步风电机所需的补偿无功的电容器组。
图1、双馈式风力发电机功率特征曲线
这个风电机模型可以用来做长时间仿真的暂态稳定性研究。这个模型中，系统的观测时
间长达50s。
打开风电机菜单，可以看到4组针对于风电机组（包括发电机和变频器）的菜单。这个
6机组成的风电场，在仿真的过程中，是通过将一些单机的参数扩大至6倍来模拟的。
例如：
1、额定机械转矩输出：6*1.5e6watts，在Turbinedata栏。
2、发电机额定功率：6*1.5/0.9MVA(6*1.5MWat0.9PF)，在Generatordata栏。
3、额定直流总线电容：6*10000microfarads，在Convertersdata栏。
同样的，在“Controlparameters”栏，"Modeofoperation"被设定成为“Voltage
regulation”。输出端电压将被根据一个参考电压（1pu）和电压衰减系数(Xs=0.02pu)来控
制。
二、仿真过程及结果分析
1
、在风速突然变化的情况下，风力发电机的反应。
首先打开“WindSpeed”来设定风速。初始风速设定为8m/s，时间到达t=5s的时候，
设定风速突然增长到14m/s（见图2）。开始仿真，可以从“"WindTurbine”的示波器监测风
电机的电压、电流、有功功率和无功功率、直流总线电压和风机转速。在t=5s的时候，产
生的有功功率平稳地增长（同风机转速一起），用了差不多15s的时间达到了额定的9MW
功率。在这段时间内，风机转速从0.8pu增长到1.21pu。初始的时候，叶片的节距角是0
度，风机随着红色的功率特征曲线运行直到D点。节距角也由0度增加到0.76度，用来限
制机械功功率。同样的，我们来看看电压和无功功率。通过调控无功功率来维持电压在1pu。
在额定功率的时候，风电机吸收了0.68Mvar（也就是Q=-0.68Mvar），来控制电压使其在1
pu。如果更改“Varregulation”中的“GeneratedreactivepowerQref”，将其设置为0。在运
行结果中就将得到，在达到额定功率的时候，电压增长到1.021pu（见图3）。
图2、风速突然变化情况下输出曲线（风电机为VoltageRegulation模式）
图3、风速突然变化情况下输出曲线（风电机为VarRegulation模式）
2、120kV
系统电压突然下降的仿真。
在这里，我们将看到预先设定的一次在120kV系统上的电压突然下降的影响。首先在
风速模块中，不要求风速变动，将最终风速更改为8m/s。然后打开120kV电压源的菜单。
在参数“Timevariationof”中选择“Amplitude”。设定在0.5s的时候，发生一次大小为0.15
pu的电压下降。这时候要确保风电机的控制部分的“Varregulation”中的Qref=0。开始仿
真并打开名为“Grid”的示波器（见图4）。可以看到用电设备的电压、电流以及电动机转
速。注意风电场发出的功率为1.87MW。在t=5s的时候，电压下降至小于0.9pu。在t=5.22
s的时候，保护启动，因为探测到电压下降持续了0.2s。用电设备的电流降至0，电动机转
速逐渐下降。而风电场继续产生1.87MW的功率。在用电设备被分离出电网之后，1.25MW
的电能被输出至电网（通过B25上的P_B25可以观测到。）
下面，将风电机的控制模式转换成“Voltageregulation”重新再仿真一次。发现这次用
电设备并没有被分离出电网。这是因为在电压突然下降的时候，风电场发出了5Mvar的无
功功率，来使用电设备的电压高于0.9pu这个阀值。在电压突然下降期间，用电设备的电压
为0.93pu（见图5）。
3、在25-kV
系统上的故障仿真。
最后，进行一次发生在25-kV线路上B25母线的单相接地短路。第一步，关闭刚才120-kV
的阶跃。打开“Fault”模块的菜单，选择“PhaseAFault”。设定故障为“9-cyclesingle-phase
togroundfault”，故障时间为t=5s，持续时间为0.15s。
当风电机在“Voltageregulation”模式下，可以看到，在故障期间，风机输出的正序电
压(V1_B575)下降到0.8pu。高于保护的阀值（0.75pu，持续0.1s以上）。所以此时风电机
组依然继续运行。（见图6）
当风电机在“Varregulation”模式下并且设定“Qref=0”，这个电压下降至低于0.7pu，
保护启动。我们可以看到风机转速上升。在t=40s时候，节距角变大，从而限制风电机转
速。（见图7）
图4、120kV系统电压突然下降（风电机为VarRegulation模式）
图5、120kV系统电压突然下降（风电机为VoltageRegulation模式）
图6、B25母线故障时的风电场输出波形（风电机为VoltageRegulation模式）
图7、B25母线故障时的风电场输出波形（风电机为VarRegulation模式）
附录
1
附图1、仿真电网简化示意图
附图2、仿真模块图形