双馈异步风力发电机建模与仿真研究

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1、双馈异步风力发电机建模与仿真研究17双馈异步风力发电机建模与仿真研究17双馈异步风力发电机建模与仿真研究17双馈异步风力发电机建模与仿真研究17双馈异步风力发电机建模与仿真研究17双馈异步风力发电机建模与仿真研究17双馈异步风力发电机建模与仿真研究17双馈异步风力发电机建模与仿真研究17双馈异步风力发电机建模与仿真研究17双馈异步风力发电机建模与仿真研究17双馈异步风力发电机建模与仿真研究17双馈异步风力发电机建模与仿真研究17第26卷第1期2010年1月电力科学与工程ElectricPowerScienceandEngineeringVol.26,No.

2、1Jan.,20105双馈异步风力发电机建模与仿真研究张照彦1，马永光2（1.华北电力大学仿真与控制技术研究所，河北保定，071003；2.华北电力大学控制与计算机工程学院，河北保定，071003）摘要：阐述了双馈异步风力发电机的工作原理，并建立了双馈异步发电机的数学模型；分析研究了双馈异步发电机并网前定子电压控制与并网发电后的有功无功控制原理；在STAR-90仿真支撑平台上建立仿真模型，并进行了仿真和实验，验证了双馈异步发电机模型和控制模型的正确性和有效性。关键词：双馈异步发电机；仿真模型；STAR-90仿真支撑平台中图分类号：TM312文献标识码：A0

3、引言结果，结果显示：本文建立的双馈异步发电机模型以及控制模型符合发电机的特性。近年来，我国风电市场高速发展，目前主流的风电机组为交流励磁变速恒频风电机组。变速恒频风力发电技术与恒速恒频发电技术相比具有显著的优越性，首先提高了风能转换效率，降低了由风施加到风力机上的机械应力；其次通过对发电机转子交流励磁电流幅值﹑频率和相位可调的控制，实现了变速下的恒频运行，通过矢量变换控制还能实现输出有功和无功功率的解耦控制，提高电力系统调节的灵活性和动、静态稳定性[1]。变速恒频风电机组的发电机部分多采用双馈感应发电机。如参考文献[2]采用的是dq/abc混合坐标下的电机

4、模型，该模型考虑了双馈电机转子绕组与系统间变流器的作用，建立了适用于谐波分析的双馈电机动态模型，但模型阶数较高；参考文献[3]以双馈电机运行机理为出发点，根据磁链、电势、电流的关系推导出双馈电机动态数学模型，该模型结构简单，但需要补充模拟转子绕组励磁电压特性的控制变量，与发电机的电气受控变量之间控制关系。本文介绍了双馈异步发电机的工作原理，分析了发电机的数学模型包括并网前的数学模型和并网后的数学模型，分析讨论了双馈异步发电机控制模型，最后在STAR-90仿真支撑平台上得出仿真收稿日期：200922。1双馈异步发电机工作原理双馈异步发电机由绕线转子异步发电机

5、和在转子电路上带交流励磁变频器组成。发电机向电网输出的功率由两部分组成：即直接从定子输出的功率和通过变频器从转子输出的功率。风力机的机械速度是允许随着风速而变化的。通过对发电机的控制，使风力机运行在最佳叶尖速比，从而使整个运行速度的范围内均有最佳风能利用系数[4]。结构图如图1所示。涡轮AC/DC转换AC转子风传动线定子三相网络DCACL图1变速恒频双馈异步发电机结构图Fig.1Variablespeed,pitchcontrolleddoubly-fedinductiongenerator双馈异步发电机的变速运行，是建立在交流励磁变速恒频发电技术的基础上

6、的。当风速变化引起发电机转速使r，6电力科学与工程2010年定子输出频率s=m±µÍÓÚÆø϶Ðýת´Å³¡µÄתËÙ¸ßÓÚÆø϶Ðýת´Å³¡µÄתËÙµÈÓÚÆø϶Ðýת´Å³¡µÄתËÙr=0，变频器应向转子提供直流励磁。在不计铁耗和机械损耗的情况下，可以得到转子励磁双馈发电机的能量流动关系：r=sCu+r=(2)sCurCu式中下标s和r分别代表定子量和转子量；r为转子励磁变频器输入的电功率；s17Cu为定子绕组铜耗；为转差率。在式（2）中等号左侧以输入功率为正，右侧以输出功率为正，在忽略定、转子绕组铜耗条件下，可近似为>0，，

7、1=11111Ϊ΢ÖËã×Ó£¬；2=2+222+2+1111Ϊ×ԸУ»2222e=3式中m1=emm为发电机的角速度；为发电机的转矩阻尼系数；为磁链；(8)第1期张照彦，等双馈异步风力发电机建模与仿真研究7方程式中，得到空载发电机模型。定子电压方程：+1+1轴2=22+2+22sＦｉｇ．２Ｅｘｐｌｉｃａｔｉｖｅｔｏｓｔａｔｏｒ－ｆｌｕｘｏｒｉｅｎｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌ+1与1，2222(13)定、转子电压与电流之间的关系：221=0，因而发电机感应电动势近似等于定子电压，感应电动势矢量190°，故1位于1为定子电压矢量1+2222122(15)=

8、017电磁转矩方程：空载时DFIG的电磁转矩为零，即：1m1=m1