基于MATLAB_SIMULIN_省略_网型双馈风力发电机仿真模型的研究_余健明

### 基于MATLAB/SIMULINK的并网型双馈风力发电机仿真模型的研究 #### 摘要及背景介绍 随着可再生能源技术的发展，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式受到了广泛关注。其中，双馈感应发电机（DFIG）因其能够在变速条件下实现恒频发电的优势，在风力发电领域得到了广泛应用。本文通过分析双馈发电机在交流励磁变速恒频（VSCF）发电运行中的原理，并借助MATLAB/SIMULINK软件平台构建了两种仿真模型：空载并网控制模型和并网后的追踪最大风能变速恒频发电运行模型。这两种模型的结合使用解决了传统仿真方法中存在的问题，即由于并网前后定子电压输出方向不同导致无法准确模拟并网瞬间的工况。 #### 双馈发电机原理与特点 双馈感应发电机是一种特殊的三相感应电机，它通过向转子绕组提供频率可调的交流电来实现对电机输出频率的调节。在风力发电系统中，DFIG允许风力机在较宽的转速范围内工作，从而提高风能的捕获效率。其主要特点包括： - **变速运行**：通过调节转子侧变流器，DFIG可以在变速状态下运行，从而能够更有效地捕获风能。 - **恒频输出**：即使输入风速变化，DFIG也能保持电网频率不变，确保电力系统的稳定。 - **功率因数可控**：DFIG能够通过调整转子侧电流的相位，实现对输出功率因数的有效控制。 - **能量双向流动**：转子侧变流器可以双向传输能量，有助于提高系统的灵活性。 #### 空载并网控制模型 在该模型中，研究者首先模拟了双馈发电机在空载状态下的并网过程。此阶段主要是为了确保发电机能够平稳接入电网，并且在此过程中不会对电网造成较大的冲击。该模型的重点在于如何控制转子侧变流器，使得发电机能够以合适的频率和相位角与电网同步。这通常涉及到对同步信号的精确检测以及对变流器控制策略的设计。 #### 追踪最大风能变速恒频发电运行模型 一旦发电机成功并网，接下来的目标是实现最大风能追踪。这是通过调整发电机的转速来实现的，以便尽可能多地捕获可用风能。在这一阶段，研究者建立了追踪最大风能的变速恒频发电运行模型。此模型的关键在于如何优化控制算法，以便根据实时风速的变化调整发电机的转速，同时保持电网频率的稳定性。 #### 仿真结果分析 通过对上述两种模型的仿真，研究团队验证了所提出的控制策略的有效性。仿真结果显示，基于MATLAB/SIMULINK构建的DFIG控制系统不仅能够在变速情况下可靠地实现并网，而且在并网后还能够在变速恒频运行的基础上实现有功功率和无功功率的解耦控制。这意味着系统可以根据实际需求独立调节输出的有功功率和无功功率，提高了系统的运行效率和灵活性。 #### 结论与展望 通过利用MATLAB/SIMULINK工具箱建立的仿真模型，本文有效地解决了双馈风力发电机并网过程中的关键技术问题，并验证了所提控制策略的有效性。这些研究成果对于推动风力发电技术的发展具有重要的理论和实践意义。未来的研究可以进一步探索如何优化控制算法，提高系统的整体性能，并降低风电系统的成本，以促进风能的大规模应用和发展。