基于Matlab_Simulink的双馈感应风力发电机组建模和仿真研究.pdf

### 双馈感应风力发电机组建模与仿真研究 #### 研究背景与意义 风能作为一种清洁的可再生能源，在世界范围内得到了快速发展，尤其是在全球能源日益枯竭和环境污染日益严重的当下。对风能的开发和利用具有极其重要的意义。双馈风力发电机组因其结构特点，在风能利用效率、整机成本以及电网无功补偿等方面具有显著的优势。它通过定子直接并入电网，转子通过双向变频器与电网连接，这种结构不仅提高了风能利用效率，还能够实现有功和无功功率的灵活控制，从而在电网中起到无功补偿的作用。 #### 关键技术介绍 1. **双馈感应发电机（DFIG）**：DFIG是一种在转子侧引入交流励磁的异步电机，其定子直接接入电网，转子通过变频器与电网相连。DFIG的设计使得它可以实现变速恒频发电，提高了发电效率。 2. **矢量控制策略**：矢量控制也称为场向量控制，它是基于将交流电动机定子电流分解为与转子磁场正交的两个分量（磁化分量和转矩分量）来进行独立控制的一种方法。在DFIG中，利用矢量控制可以更精确地控制电机的转矩和磁场，实现最佳效率的功率转换。 3. **最大风能捕获策略**：为了提高风力发电机的效率，需要采取最大风能捕获（MPPT）策略。该策略通过不断调整风力发电机的运行参数，使得风力机在变化的风速下始终工作在最佳叶尖速比，以捕获最大的风能。 4. **解耦控制**：在双馈风力发电系统中，解耦控制指的是将有功功率和无功功率的控制解耦，使它们可以独立调节。这有助于在运行过程中实现更精确的功率控制，对电网进行有效的无功功率补偿。 #### 研究方法与仿真过程 文中使用MATLAB/Simulink工具搭建了双馈风力发电机组的仿真模型，该模型基于整体数学模型建立，包含了风力机、传动系统、DFIG、定子磁链定向矢量控制策略和最大风能捕获策略。仿真研究中采用阶跃风速作为输入，分别模拟了电网连接时风力发电机组的动态特性。仿真结果显示，所建立的模型能够实现最大功率点跟踪和功率解耦控制，验证了模型的正确性和有效性。 #### 结论与展望 通过仿真研究证明了所提出的双馈风力发电机组的数学模型和控制策略能够有效地控制发电机组，达到最大功率点跟踪和良好的动态响应性能。未来的研究可以围绕提高模型的精确度、优化控制策略以及研究系统在更复杂环境下的运行特性等方面进行。 #### 关键词解析 - 风力发电：指利用风力带动风力机旋转，并将机械能转换为电能的过程。 - 双馈风力发电机：一种可以实现变速恒频发电的风力发电机，通过在转子侧接入变频器来控制电机转速。 - 矢量控制：通过分解电机的电流或电压，实现对电机转矩和磁场的独立控制。 - 最大风能捕获：一种通过调整风力机叶片角度或发电机参数使风力发电系统在给定风速下捕获最大风能的控制策略。 - 解耦控制：指在多变量控制系统中，使得各个变量的控制相互独立，以简化控制过程的技术。 本研究不仅为风力发电领域的科研工作提供了有力的工具和方法，也为工程实践提供了理论基础和技术支持。