双馈变速风电机组模型的仿真分析
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 .
双馈变速风电机组频率控制的仿真研究
双馈变速风电机组频率控制的仿真研究关宏亮1,2,迟永宁1,王伟胜1,戴慧珠1,杨以涵2(1.中国电力科学研究院,北京市100085;2.华北电力大学电气与电子工程学院,北京市102206)摘要:双馈变速风电机组采用双脉宽调制(PWM )变流器实现电磁与机械的解耦控制,这也使得双馈变速风电机组对系统频率变化的响应降低。
文中以双馈变速风电机组模型为基础,根据双馈变速风电机组控制特点和控制过程,在电力系统仿真软件DIgSIL EN T/Power Factory 中增加了频率控制环节,在系统频率变化时,双馈变速风电机组通过释放或者吸收转子中的一部分动能,相应增加或者减少有功出力,实现了风电机组的频率控制。
仿真结果证明了频率控制环节的有效性和实用性,并证明了通过增加附加频率控制环节,风电场能够在一定程度上参与系统频率调整。
关键词:风电机组;双馈电机;频率控制中图分类号:TM614收稿日期:2006211207;修回日期:2006212206。
0 引言目前,世界风电市场上有多种类型的风电机组[122]。
其中,基于双馈感应电机(DFIG ———doublyfed inductio n generator )的变速风电机组[325]具有变速运行的特性,能够提高风电机组的风能转换效率,实现最大风能捕获并减小风电机组机械部件所受应力;能够通过变频器控制系统,实现发电机有功、无功功率解耦控制[627],调节改善风电场的功率因数及电压稳定性。
因此,近几年来它逐步取代了基于普通异步发电机的恒速风电机组,成为风电市场上的主流机型。
正是由于DFIG 的控制系统使其机械功率与系统电磁功率解耦、转速与电网频率解耦,因此失去了对系统频率的快速有效响应,其旋转的动能对于整个电网的惯量几乎没有贡献。
而在电网发生频率大幅度降低事故时,系统的惯量对于频率降低的变化率起到了决定作用———惯量越低,系统频率降低越快。
如果大量双馈变速风电机组接入电网,必然会替代一部分常规同步机组,整个系统惯量必然受到影响,因此,有必要从DFIG 的控制策略方面研究基于DFIG 的变速风电机组的频率变化特性及对电网惯量的贡献。
双馈风电系统的建模仿真研究与设计
双馈风电系统的建模仿真研究与设计为了对双馈风电系统进行建模仿真研究和设计，需要考虑以下几个方面的内容：1.风机模型：风力发电机的模型通常由刚性转子、永磁同步发电机和转子侧的变频器组成。
确定风机的机械特性和电气特性，以及风速与输出功率之间的关系，这些参数可以通过实验或者已有的文献进行获得。
在仿真中，可以通过模拟风速和风机负载来测试系统的响应和性能。
2.变频器模型：变频器是双馈风电系统中非常重要的部分，它用于控制发电机的转速和电压。
为了进行仿真研究，需要构建变频器的电路模型，并确定其控制策略和参数。
常用的控制策略包括电压控制和转速闭环控制。
通过仿真可以测试不同的控制策略在不同工况下的性能。
3. 功率电子器件模型：双馈风电系统中包含多个功率电子器件，如变频器中的IGBT、MOSFET等。
需要建立这些器件的模型并确定其参数，例如电容和电感的数值。
这些模型可以通过电路仿真软件进行建立，例如PSCAD、MATLAB/Simulink等。
4.输电网模型：双馈风电系统需要将发电的电能输送到电网中。
因此，需要建立电网的模型，并考虑电网的稳定性和电气参数。
可以根据实际情况设置电网中的节点并确定节点的参数。
通过仿真可以测试风电系统在不同节点工况下的运行稳定性。
在进行双馈风电系统的建模仿真研究和设计时1.在建模过程中，需要准确获取系统参数，例如风机特性曲线、变频器控制参数等。
这些参数对于研究系统的性能和运行特性非常重要。
2.在仿真过程中，可以考虑不同的工况条件，例如不同的风速和负载情况。
通过测试系统在不同工况下的性能，可以评估系统的稳定性和效率。
3.在进行仿真研究时，可以采用不同的控制策略和算法，例如PID控制、模糊控制和最优控制等。
通过比较这些控制策略在系统性能上的差异，可以选择最优的控制方案。
总之，双馈风电系统的建模仿真研究和设计需要考虑风机模型、变频器模型、功率电子器件模型和输电网模型等方面的内容，并进行准确参数的设置和不同工况下的测试。
变速恒频双馈电机风力发电系统的研究与仿真分析
图３－４网侧ＰＷＭ整流器系统的控制策略框图………………………．．３２
图３－５‘ｑ电流内环简化结构……………………………………．３３
图３－６电压外环控制的简化结构…………………………………３３
图３－７坐标变换系统…………………………………………．３５
图３－８定子磁链定向下的变速恒频风力发电矢量控制系统框图…………．３７
图２—６双馈电机的两种工作状态…………………………………１６
图２—７双馈电机并网等效电路…………………………………．．１７
图２－８双馈电机时空矢量图……………………………………．１７
图２—９利用叠加原理的等值电路分解……………………………．．１８
亚同步速发电状态
超同步发电状态…………．．２２
图２－１０双馈电机处于发电状态的两种工况…………………………２２
ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｔｏ ｍｅｅｔ ａｎｄ
ｇｒｉｄ·ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｍｕｓｔ ｂｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ＶＳＣＦ．Ａｎｄ ｔｈｅ ＶＳＣＦ ｏｆ ＤＦＩＧ ａｒｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｂｙ ｃｏｎｔｒｏｌｉｎｇ ｔｈｅ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｓｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｓ ｔｈｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｏｕｂｌｙ－ｆｅｄ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ，Ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅ ｄｕａｌ ＰＷＭ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ａｓ ａ ｄｏｕｂｌｙ—ｆｅｄ ｍｏｔｏｒ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ．，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｅｔｓ ｕｐ ａ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｇｒｉｄ－ｓｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ．ｂａｓｅ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｉｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｖｅｃｔｏｒ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ，ｄｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｇｒｉｄ ｓｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄｏｕｂｌｙ－ｆｅｄ ｍａｃｈｉｎｅ，ｂａｓｅ ｏｎ ｔｈｅ ｄｑ ａｘｉｓ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ ｍｏｄｅｌ，ｏｆ ｔｈｅ ＤＦＩＧ，ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｄｕａｌ ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ｒｏｔｏｒ ｓｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｔｏｒ ｆｌｕｘ，ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ＤＦＩＧ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｎｏ－ｌｏａｄ ａｎｄ ｌｏａｄ．ａｎｄ ｄｒａｗ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｉａｇｒａｍ．ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ＤＦＩＧ，ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉＳ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ，ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．ｆｏｒ ｓｐｅｅｄ ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ｈａｓ ａ ｖｅｒｙ ｇｏｏｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ＶＶＶＦ，
双馈风力发电系统仿真技术研究
论文双馈风力发电系统仿真技术研究摘要随着一些地区风电供应比例的急剧增加,大规模风电场对地区电网稳定性造成的影响愈发显著。
风力发电机的低电压穿越技术越来越受关注。
文中首先介绍了低电压穿越技术的概念、国外的相应标准,继而分析比较了有关此技术的双馈感应发电机建模问题、各种常见的实现低电压穿越的技术手段及改进控制策略。
最后描述了具备此技术的风电场对电力系统的影响。
根据电机学中异步电机的相关知识推导了双馈感应发电机在三相静止坐标系下的数学模型以及运动方程；在对双PWM电压型变流器原理分析基础上，推导了网侧PWM 变流器在三相静止坐标系下数学模型；为了便于控制系统设计，应用坐标变换技术将所建数学模型转换到两相旋转坐标系下；基于坐标变换技术和电机矢量控制理论，进行了电网电压定向的网侧变流器矢量控制设计和定子磁链定向的转子侧变流器矢量控制设计的研究；进行了亚同步速和超同步速时电机变速恒频发电和有功无功独立调节的仿真研究，仿真结果表明所设计的系统在实现了变速恒频发电的同时，实现了P、Q的完全解耦控制，验证了双馈感应风力发电系统理论分析和控制策略设计的正确性与可行性。
关键字：风力发电；变速恒频；双馈发电机；矢量控制目录摘要........................................................................................................................................ 第1章绪论 (1)1.1课题背景及意义 (1)1.1.1可再生能源开发的必要性 (1)1.1.2风能的开发利用 (2)1.2国内外风力发电技术的发展趋势 (2)1.2.1风力发电机组容量的发展趋势 (2)1.2.2并网风力发电机组的种类 (3)1.2.3风力发电机的发展 (4)1.3变速恒频发电的优点 (5)1.4本课题主要研究内容 (6)第2章双馈风力发电系统的结构特点和基本原理 (7)2.1双馈风力发电系统结构特点 (7)2.2风力机最大风能捕获原理 (7)2.3双馈感应发电机的运行原理 (9)2.4双馈感应发电机功率流动特点 (11)2.5转子励磁变流器的结构特点 (13)2.6 变速恒频双馈风电机组矢量励磁控制 (14)2.7 坐标变换技术 (15)第3章双馈风力发电系统仿真模型的建立 (17)3.1双馈感应发电机数学模型及仿真模型 (17)3.1.1双馈感应发电机的数学模型 (17)3.1.2双馈感应发电机的仿真模型 (20)3.2 双PWM电压型变流器的数学模型 (24)3.2.1网侧PWM变流器的数学模型 (25)3.2.2 双PWM电压型变流器直流环节的数学模型 (28)3.3 网侧变流器的电网电压定向矢量控制设计 (29)3.4 转子侧变流器的定子磁链定向矢量控制设计 (30)3.5 变速恒频双馈感应风力发电系统的并网仿真模型 (36)第4章仿真结果 (38)第5章结论............................................................................................... 错误!未定义书签。
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
变速恒频双馈风力发电系统仿真研究
变速恒频双馈风力发电系统仿真研究变速恒频风力发电双馈异步发电机双PWM型变换器1引言风力发电是利用风能的一种有效形式，受到了广泛的关注。
和常规风力发电系统相比，变速恒频双馈风力发电系统具有功率因数可调、效率高等优点，同时变换器连接在转子回路，仅处理双向流动的转差功率，不仅具有变换器体积小、重量轻、成本低的特点，更可实现机电系统的柔性连接。
本文采用DFIG功率控制来实现最大风能追踪的实施方案。
基于最大风能追踪的需要，将磁场定向矢量控制技术应用到DFIG运行控制上，形成了基于定子磁链定向的DFIG有功、无功功率解耦控制策略；采用双PWM型变换器作为转子的励磁电源，基于电网电压定向矢量控制技术，实现了网侧变换器交流侧单位功率因数控制和直流环节电压控制。
在建立双馈风力发电系统仿真模型基础上，对整个系统进行了仿真分析，验证了该方案的正确性和可行性。
2 变速恒频双馈风力发电机的运行原理双馈型异步发电机（DFIG）采用绕线转子感应发电机，定子直接接电网，在转子侧施加交流励磁来控制发电机的转矩。
由DFIG实现的交流励磁，可以通过调节励磁电流的幅值、频率和相位实现灵活的控制；改变转子励磁电流的频率，DFIG可以实现变速恒频控制；改变转子励磁电流的相位，可以调节有功功率和无功功率[1][2]。
本文采用双PWM变换器作为DFIG转子励磁电源系统，如图1所示。
两个三相电压源型PWM 全桥变换器采用直流链连接，靠中间的滤波电容稳定直流母线电压。
转子侧变换器向DFIG的转子绕组馈入所需的励磁电流，实现DFIG的矢量控制及输出解耦的有功功率和无功功率进而实现可逆运行。
网侧变换器在实现能量双向流的同时，控制着直流母线电压的稳定，以及对网侧的功率因数进行调节。
图1 变速恒频双馈风力发电系统框图3双馈异步发电机的数学模型为了实现双馈电机的高性能控制，采用磁链定向的矢量变换技术，通过坐标变换和磁链定向，将DFIG定子电流分解成相互解耦的有功分量和无功分量分别控制，从而实现有功功率和无功功率的解耦控制。
感应双馈风力发电机的建模与仿真
感应双馈风力发电机的建模与仿真摘要：以双馈风力发电机组为例，采用面向物理对象的建模方法，基于Modelica语言的仿真软件MWorks搭建了双馈风力发电系统的仿真模型，得到发电机功率、发电机转子转速、发电机电磁转矩、风力机转速、发电机输出电压和输出电流等重要参数曲线，为风力发电机的研究提供了模型基础。
关键词：感应双馈；风力发电机；建模；仿真一、引言风能作为一种清洁的可再生能源，在当今能源短缺和环境问题日益突显的情形下，利用可再生能源发电备受关注，风力发电就是其中的一种。
我国风力资源丰富，利用风力发电是当今时代的发展需要。
然而，由于可再生能源具有间歇性和随机性特点，而且随着风电技术的快速发展，并网装机容量的不断增大，因而保证风电并网后电力系统的安全运行已十分重要。
二、双馈风力发电系统的数学模型按照发电机的运行特征，风力发电系统分为恒速恒频和变速恒频两大类。
随着电力电子技术的发展，双馈异步发电机形式是目前广泛采用的发电机形式，通过电力电子变换器实施转子交流励磁，其定子、转子均可以向电网馈电，故简称双馈发电机。
在运行特性上，双馈发电机兼有异步、同步发电机的双重特性。
这种双重特性使得双馈风力发电系统具有发电高效优质、并网快捷安全的特性，且能参与系统无功功率调节，进而提高整个系统的稳定。
风速的数学模型。
通常风力变化的时空模型采用基本风、阵风、渐变风及随机风的组合模式，以便更精确地描述风能的随机性和间歇性：v=v′+vg+vr+vn式中：v′为基本平均风速；vg为阵风风速；vr为渐变风风速；vn为随机风风速。
风轮数学模型。
变桨距风力机的结构特点是风轮的叶片与轮毂通过轴承连接，需要功率调节时，叶片就相对轮毂转一个角度，即改变叶片的桨距角。
当桨距角逐渐增大时，CPmax曲线向下移动，即CP随之减小。
因此，调节桨距角可以限制捕获的风电功率。
发电机的功率根据叶片的气动性能随风速的变化而变化。
当功率超过额定功率时，变桨距机构开始工作，调整叶片桨距角，将发电机的输出功率限制在额定值附近。
基于Matlab的双馈风电机组的建模与仿真
− LAB − LBA −LCB −LaB −LbB −LcB
− LAC − LBA −LCC −LaC −LbC −LcC
− LAa − LBa −LCa −Laa −Lba −Lca
− LAb −LBb −LCb −Lab −Lbb −Lcb
−LAc iA
−
LBc
iB
−LCc −Lac
关键词：Matlab 双馈风电机 变速恒频
作为一种无污染、易获取以及零成本的可再生清洁能 源，风能具有广阔的发展前景。风力发电技术作为发展最快、 最可能商品化的技术之一，具有很多其他能源无法比拟的 优势。例如，风电技术建设周期短，一台风机安装时间不 超过三个月；万千瓦级风电场建设期不超过一年，即可再 投产一台。风力发电因为其具有特殊优势受到各个国家重 视，许多国家都将其列入发展计划中，并投入大量人力、 财力，获得了较大的成绩。
图 1 双馈变速发电机运行原理
2 双馈发电机的数学模型
双馈风电机也称为交流励磁风电机，是一个高阶非线
性强耦合多变量系统，若只对励磁电压进行标量控制，是
无法满足要求的，所以需要将定子绕组磁场作为定向控制
目标，以便达到简化系统的目的。通过坐标变换能够得到
同步发电机在两相同步旋转坐标系上的数学模型。
双馈风电机定子绕组的电压方程如式（1）所示。
+
iiCa
（4）
−Lbc
ib
−Lcc ic
双馈发电机内部电磁关系与输入机械转矩以及机械转
矩变换成的电磁转矩有着十分紧密的关系。忽略电机各部
分传动摩擦，转矩间平衡关系如式（5）所示。
Tm
= Te
+
J np
dω dt
（5）
双馈变速风电机组模型的仿真分析
双馈变速风电机组模型的仿真分析在常用的变速恒频风力机种类中，双馈异步电机的风力机有比较大的技术优势和市场空间。
文章对使用双馈异步风力发电机的风力机组的输出性能做出研究与分析，并使用MATLAB进行仿真模拟。
文章的主要工作包含以下两个部分：第一部分是在风速波动条件下，分别通过电压模式控制和无功功率模式控制，研究分析风电机组的输出特性变化。
第二部分是在电网故障条件下，分别通过电压模式控制和无功功率模式控制，研究风电机组输出特性变化。
标签：风力发电；双馈风电机组；动态模型；MATLAB引言能源的发展对国民的经济有着非常重要的作用。
常规能源主要以化石能源为主，在全球工业飞速发展的时代，产生极具经济效益的同时，化石性燃料使用的程度也达到了空前。
化石性燃料的使用对大气造成了严重的污染，对人类的生存环境造成了重大的破坏；此外，化石性燃料隶属一次性能源，总有消耗完结的时候。
经济生活中的国策，能源对人类的经济与社会的发展的限制和对资源环境的影响也越来越明显[1]。
虽然各种类新能源中以太阳能的储量最为丰富[2]，但是利用太阳能直接进行光伏发电目前仍有一些不能解决的技术问题。
所以风力对于我们来说是一个比较理想的替代能源。
双馈变速恒频风力发电机目前作为风力发电系统中使用的主要机型，其中永磁直驱式变桨距和双馈异步式的变速恒频风电机组已经成为兆瓦级风电机组的主要技术形式[3]。
对上述风力机组的入网运转调控措施的研究是风能发电系统能够广泛应用的基础。
双馈风力发电机多采用双PWM变换器为转子提供励磁电流[4]。
转子侧变换器控制策略主要有两大类，一类是基于矢量控制的间接功率控制[5-6]，另一类是直接功率控制[7-8]。
我们国家从“十五”时期已经对双馈异步发电机风电机组理想电网条件下的运转控制进行了比较为深入剖析[9]。
实际工程中电网展示出不稳定特点，电压剧降则是一种非常遇见情况，研究这种故障下DFIG的行为、特性，提高风电机组对这种故障的适应能力，已成为目前国内外研究的热点。
基于双馈电机风力发电系统的建模与仿真
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图－ 子 三 电 波 图…・ “ ．．．．．．．．７ ４ ８定 侧 相 压 形 ．” ． ．．．．．．．． ． ・ “．．．．．．．． ． … ．．．．．．．． ．．．．．．．． ．．．．．．．３
Ｋ ｙ ｏｄ： ｉ Ｐｗ ｒ Ｖｒｎ ｓｅｄ ｅ ｗ ｒｓ Ｗ ｎ ｏ ｅ ａａｔｐｅ ｄ ； ｉ －
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图表清单
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双馈异步风力发电机建模与仿真研究_张照彦
+ 1+
1
1 1
1 1
(4)
式中 为微分算子， =d/d ； 为电阻； 为磁链； 为角速度。 转子绕组电压方程：
2 2
= =
2 2
2 2
+ +
2 2
2
+
(5)
1
2
=
s
(3)
由式（3）可知，当发电机处于亚同步状态时， >0 ， r >0 ，变频器向转子绕组输入电功率；当发 电机处于超同步状态时， <0 ， r <0 ，转子绕组通 过变频器向电网输出电功率
1
2
电磁转矩方程：空载时 DFIG 的电磁转矩为 零，即： e =0 。 运动方程： d m 1 = d 2
m m
( 17 )
1
= 1 1 =0
1
( 18 )
( 16 )
空载并网时，DFIG 定子磁链保持恒定，其值 为定子电压与同步角速度之比，如式 ( 19 ) 所示：
1 1
3
双馈异步发电机控制模型
涡轮 AC/DC 转换 AC 转子 风 传动线 定子 三相网络 DC AC L
图 1 变速恒频双馈异步发电机结构图 Fig.1 Variable speed, pitch controlled doubly-fed induction generator
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的。 当风速变化引起 发电机转速 变化时， 应控制转子电流的频率 r ， 使
第 26 卷第 1 期 2010 年 1 月
电 力 科 学 与 工 程 Electric Power Science and Engineering
海上风电场及双馈式风电机组的仿真分析的开题报告
海上风电场及双馈式风电机组的仿真分析的开题报告一、研究背景随着全球能源需求的不断增长，新能源技术的研究和应用已成为当前全球重要的发展趋势。
风能作为一种广泛可获取的新能源资源，其开发和利用已成为近年来全球各国争相推广的一个重要领域。
在众多的风能利用方式中，海上风能的开发在欧洲等地已经获得了广泛的应用和认可。
海上风电场的建设不仅可以通过海上空间的充分利用增加电力的产出，同时还可以为保护陆地生态环境和降低对众多陆地动植物的影响提供更为广阔的空间。
海上风电场中的双馈式风电机组兼备了风力发电机组传统的齿轮传动系统和变速发电机的优势，逐渐被广大研究者所关注。
然而，双馈式风电机组在控制系统设计、参数调节以及振动控制等方面仍存在一些技术难点。
因此，通过对海上风电场及双馈式风电机组的仿真分析，探究其运行机理和性能优化，具有极为重要的实践意义和研究价值。
二、研究内容及目标本课题主要研究海上风电场及双馈式风电机组的仿真分析方法和优化控制策略。
具体研究内容包括：1.建立海上风电场模型通过对海上风电场的工作原理和构成要素进行分析，建立相应的模型，包括风力发电机组、逆变器、电缆系统、变电站等。
2.构建双馈式风电机组模型将风力发电机组中的双馈式风电机组作为研究对象，通过建立其数学模型，来分析其运行特性和机理。
3.仿真分析海上风电场及双馈式风电机组性能通过Simulink等仿真工具，对海上风电场及双馈式风电机组进行仿真分析，分析其电网接入、电力输出、动态响应和稳定性等性能指标。
4.优化双馈式风电机组控制策略基于仿真分析的结果，通过优化控制策略对双馈式风电机组进行优化，提高其输出功率、减小振动和噪声等方面的性能。
本研究的主要目的是通过仿真分析，研究海上风电场及双馈式风电机组的运行机理和性能优化，为海上风电场的设计、运行和管理提供科学依据和技术支持。
三、研究步骤及时间安排1.综合收集相关文献资料，研究海上风电场和双馈式风电机组的基本原理和技术；（1个月）2.建立海上风电场模型和双馈式风电机组模型，并进行仿真分析；（2个月）3.对仿真结果进行分析和评估，提出优化控制策略；（2个月）4.进行优化控制策略的实验验证并对结果进行分析与比较；（2个月）5.编写论文并进行答辩。
变速恒频双馈风力发电系统的仿真分析
２０ Ｓｉ ｅｈ Ｅ ｇｇ ０ ８ ｃ．Ｔ ｃ ． ｎ ｎ．
动 力 技 术
变 速恒 频双 馈 风 力发 电 系统 的仿 真 分 析
强明辉 曹会会 曹燕燕
（ 兰州理工大学 电气工程 与信息工程学 院， 兰州 ７ ０ ５ ３ ００ 河北北方学 院物理 系 ， 张家 口 ０ ５０ ７ ００）
维普资讯
第 ８卷
第１ ２期
２０ ０ ８年 ６月
科
学
技
术
与
工
程
⑥
Ｖｏ ． Ｎ ． ２ Ｊ ｎ ０ ８ １８ ｏ １ ｕ ｅ２ ０
１７ —８９ ２０ ）２ ３９ —４ ６ １１ １ （０ ８ １—２ ７０
Ｓｃｅ ｅ Ｔｅ ｈｎ ｌｇ ｎ Ｅｎｇｎｅ ｒｎ ｉｎｃ ｃ ｏｏ ｙ ａ ｄ ｉ ｅｉｇ
接变 频器 实现 交 流励磁 ， 其原 理 图如 图 １ 示 。 所 当发 电机 转子 旋 转 频 率 变 化 时 ， 制励 磁 电流 控 频 率来 确保 定 子输 出频 率恒 定 。即 ＝凡 ＋ （） １
电机采 用的是变速 恒频技术 ， 能在各种 风速 以最 大 限
度捕 获风能 ， 已成 为风力发 电技 术发展 的方 向¨ 。 Ｊ 本文 研 究 的是 其 中较 常 见 的 一 种 方 案 。该 方
案 采 用 交 流 励 磁 的 绕 线 式 双 馈 感 应 发 电 机
（ ＦＧ） ＤＩ 。本 文 在 分 析 了变 速 恒 频 运 行 原 理 基 础上 ， 立 了能表 征 变 速 恒频 风力 发 电机 组 特 性 的 建
式 中 ： 为发 电机 的极对 数 。 凡
动态 数学 模 型 ， 且 在 Ｍａａ／ ｉ ｌ ｋ中搭 建 了仿 并 ｔｂ Ｓｍｕｉ ｌ ｎ
双馈风电机组线性建模及特性分析
� � � � � � 转子旋转频率 � ;� 式中: s, s， r, r� � �定 , 转子 , 轴电压; m � � � � � � � 电机极对数� U s� � � 电网电压矢量幅值 ; p � � � � � , r� � � 定, 转子 , 轴电流 ; 因此 ， 双馈发电机定子感生电压始终满足电 � � � � s, s， r � � , r� � �定 , � � � 网频率， 从而保证系统变速恒频运行 � 转子 , 轴磁链 ; � � � � s, s， r � � � 定子磁链矢量幅值 ; � � �同步角速度 ; 1 � � �转子电磁角速度 ; r R s， Rr� � �定 , 转子等效电阻 ;
0
引
言
变化规律进行分析 �以同步旋转坐标下双馈发电 机系统非线性数学模型为基础 ， 应用小扰动分析 方法， 建立机组对象的线性模型 �通过对不同运 行工况下模型极点分布情况的分析， 总结出双馈 发电系统动态特性变化规律， 为双馈发电机控制 系统设计及控制器参数整定提供参考依据 �
基于双馈电机的交流励磁变速恒频 ( VS CF) 风力发电系统 ， 实现了机电系统的柔性连接 ， 可以 1 3 0% ， 使风力机运行 范围达到同步速的 70% 更加满足低风速下风力机追踪最大风能的控制需 求， 发电效率更高 �因此， 其逐渐成为风力发电的 主流形式 � 双馈发电机利用双向变频器对转子绕组以转 差频率进行交流励磁， 进而满足定子侧频率要求 � 其励磁系统控制通常采用矢量控制技术对定子电 流的转矩分量和励磁分量进行解耦， 实现有功, 无 功输出的独立调节［1 -3 ］�但两分量之间还存在着 与发电机转差率相关的耦合作用 ， 导致在不同转
1
1. 1
双馈型风力发电系统
2MW双馈风力发电系统建模与仿真研究
电力电子技术
Power Electronics
Vol.44 ， No.6 June 2010
2 MW 双馈风力发电系统建模与仿真研究
董琳琅 1， 王
（1． 北京航空航天大学 ， 北京
永 1， 周
飞2
100192 ）
100191 ； 2． 中国电力科学研究院 ， 北京
isd $ $ ! % " isq % （1 ） % " ird % % " % irq & & #
式 中 ：usd，usq，urd，urq 分 别 为 定 、 转 子 绕 组 电 压 的 d ，q 轴 分 量 ；
isd，isq，ird，irq 分别为定 、 转子绕组电流的 d ，q 轴分量 ；Ls，Lr 分别
2 2 MW 双馈风力发电控制系统建模
定 、 转子绕组各电气量均采用电动机惯例 。 d，q 坐标以定子磁链同步角速度 ω1 逆时针旋转 ， 转子以 角速度 ωr 逆时针旋转 。 DFIG 在 d，q 坐标系下的数 学模型为 ：
DFIG 控制系统模型和 SVPWM 模型 。 目前鲜有文献 介 绍 SVPWM 技 术 在 PSCAD/EMTDC 中 的 实 现 方
2.China Electric Power Research Institute ， Beijing 100192 ， China ） Abstract：In the process of 2 MW doubly -fed wind power converter development ，electromagnetic transient simulation is the key point to verify the control strategies and establishment of the relevant equipments technical parameters.This article establishes SVPWM simulation model and describes the implementation method of SVPWM technique in PSCAD/EMTDC to truly reflect the process of the dynamic switching and the harmonic characteristics of the converter.It also improves the software phase-locked loop （SPLL） of the grid-side PWM converter which make it track the fundamental positive sequence grid voltage rapidly and accurately and be helpful for improving the dynamic control performance of grid -side converter in the grid asymmetric faults conditions. Keywords ：doubly-fed wind generation ； space vector pulse width modulation ； software phase-locked loop
变速恒频双馈风力发电系统的统一数学建模及运行仿真
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｘ ｕ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘ ｕ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ４ ６ １ ０ ０ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
考 虑变换器和双馈 电机 ， 构建 了变速恒频双馈风力发 电系统 的统一 数学模 型 ， 为实现 系统集成 控制提供 了依
据 。在 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ环境 下构建 了仿 真系统 ， 实现 了风速模 拟 、 传输线模拟及 双馈风 电系统模拟 ， 仿 真结果表 明 ，
在变速 恒频 双馈 风力 发电系统的统一数学模型下 ， 能实现风 电系统 的有效控制 。
ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ — ＤＦ Ｉ Ｇ ｗ ｉ ｎ ｄ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｅ ｑ ｕ ｉ ｖ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｗａ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ，ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ＤＦ Ｉ Ｇ ｔ ｏ ｇ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｉ ｉ ｆ ｅ ｄ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ — Ｖ Ｓ Ｃ Ｆ ｗ ｉ ｎ ｄ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗ ａ ｓ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗ ａ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ＭＡ Ｔ Ｌ ＡＢ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ，ｔ ｈ ｅ ｗ ｉ ｎ ｄ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ，ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｎ ｄ ＤＦ Ｉ Ｇ ｗ ａ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ，ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｉ ｉ ｆ ｅ ｄ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｗ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｒ ｅ ｌｉ ａ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｖ ａ ｌ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ｗ ｏ ｒ ｋ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｄ ｏ ｎ ｅ ｂ ｙ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．
双馈风力发电机建模与仿真分析
当， 可以实现双馈风力发 电机的功率解耦控制 ， 双馈 风力发电机组具有 良好的运行特性 ， 同时验证
了所 建模 型的 正确性 和有 效性 。
关键 词 ： 风 力发 电； 双馈风 力发 电机 ； 矢量控 制 ； 解耦控 制
Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ａ ｎｄ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｄｏ ｕ ｂ ｌ ｙ 。 ＿ － ｆ ｅ ｄ Ｗｉ ｎ ｄ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｇｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ
输出有功和无功的解耦控制 ，基于 ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ
平台搭建 了风机并 网的发电系统仿真模型来验证
控制策略的可靠性。
速发展。其 中双馈风力发电机组是风力发电的核心 部件 ， 在风电系统 中得 到了广泛应用 。本文推导了 双馈风机 的数学模型， 采用矢量控制技术实现风机
肖 曼， 汪 谦， 吴稀 西
（ 三峡 大学 电气与新 能 源学 院 ， 湖北 宜 昌 ４ ４ ３ ０ ０ ０ ）
摘
要： 以双馈 风 力发 电机 为研 究对 象 ， 应 用 ｍａ ｄ ａ ｂ ／ ｓ ｉ ｍｕ ｉ ｌ ｎ ｋ工具 建 立 了包括风 力机 、 传 动部 分 、 双
馈感应发电机、 定子磁链定向的矢量控制策略及并网部分整体模型 ， 仿真结果表明所用控制策略得
ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ， ｗｈｉ ｃ ｈ ｉ ｎｃ ｌ ｕ ｄ ｅ ｔ ｈｅ ｗｉ ｎ ｄ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ，ｔ ｒ ａ ｎｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ ａ ｒ ｔ ｓ ，ｄ ｏｕ ｂ ｌ ｙ—ｆ ｅｄ ｉ ｎｄ ｕ ｃ ｉｏ ｔ ｎ ｇ ｅ ｎｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｇ ｙ ｏ ｆ ｓ ｔ ａ ｔ ｏ ｒ ｌ ｆ ｕ ｘ ｏｒ ｉｅ ｎｔ ｅ ｄ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ａ ｎｄ ｓ ｙ ｎ ｃ ｈｒ ｏ ｎ ｉ ｚ ａ ｉｏ ｔ ｎ ｐａ ｒ ｔ．Ｔｈｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｉｏ ｔ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ ｓ ｈｏ ｗ ｔ ｈａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｙ ｇ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ． Ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐｏ ｗｅ ｒ ｄ ｅ ｃ ｏ ｕｐ ｉ ｌ ｎｇ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ ｄ ｏ ｕｂ ｌ ｙ—ｆ ｅｄ ｉ ｎｄ ｗ ｐｏ ｗｅ ｒ ｇ ｅ ｎｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ． Ｔｈｅ ｄ ｏ ｕ ｂｌ ｙ —ｆ ｅｄ ｗ ｉ ｎｄ ｐｏ ｗｅ ｒ ｇ ｅ ｎｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｈ ａ ｓ ｇ ｏ ｏｄ ｏｐ ｅ ｒ ａ ｉｎ ｔ ｇ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｉｃ ｔ ｓ ． Ｉ ｔ ａ ｌ ｓ ｏ ｓ ｈｏ ｗｓ ｔ ｈｅ ｖ ａ ｌ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｍｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｍｏｄ ｅ １ ． Ｋｅ ｙｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｗ ｉ ｎｄ ｐｏ ｗｅ ｒ ｇ ｅ ｎｅ ｒ ａ ｉ ｔ ｏｎ ；ｄ ｏ ｕ ｂｌ ｙ — — ｅｄ ｆ ｉ ｎ ｗ ｄ ｐｏ ｗｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏｒ ； ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎｔ ｒｏ ｌ ；ｄ ｅ ｃ ｏ ｕｐ ｉ ｌ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ
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双馈变速风电机组模型的仿真分析
在常用的变速恒频风力机种类中，双馈异步电机的风力机有比较大的技术优势和市场空间。
文章对使用双馈异步风力发电机的风力机组的输出性能做出研究与分析，并使用MATLAB进行仿真模拟。
文章的主要工作包含以下两个部分：第一部分是在风速波动条件下，分别通过电压模式控制和无功功率模式控制，研究分析风电机组的输出特性变化。
第二部分是在电网故障条件下，分别通过电压模式控制和无功功率模式控制，研究风电机组输出特性变化。
标签：风力发电；双馈风电机组；动态模型；MATLAB
引言
能源的发展对国民的经济有着非常重要的作用。
常规能源主要以化石能源为主，在全球工业飞速发展的时代，产生极具经济效益的同时，化石性燃料使用的程度也达到了空前。
化石性燃料的使用对大气造成了严重的污染，对人类的生存环境造成了重大的破坏；此外，化石性燃料隶属一次性能源，总有消耗完结的时候。
经济生活中的国策，能源对人类的经济与社会的发展的限制和对资源环境的影响也越来越明显[1]。
虽然各种类新能源中以太阳能的储量最为丰富[2]，但是利用太阳能直接进行光伏发电目前仍有一些不能解决的技术问题。
所以风力对于我们来说是一个比较理想的替代能源。
双馈变速恒频风力发电机目前作为风力发电系统中使用的主要机型，其中永磁直驱式变桨距和双馈异步式的变速恒频风电机组已经成为兆瓦级风电机组的主要技术形式[3]。
对上述风力机组的入网运转调控措施的研究是风能发电系统能够广泛应用的基础。
双馈风力发电机多采用双PWM变换器为转子提供励磁电流[4]。
转子侧变换器控制策略主要有两大类，一类是基于矢量控制的间接功率控制[5-6]，另一类是直接功率控制[7-8]。
我们国家从“十五”时期已经对双馈异步发电机风电机组理想电网条件下的运转控制进行了比较为深入剖析[9]。
实际工程中电网展示出不稳定特点，电压剧降则是一种非常遇见情况，研究这种故障下DFIG的行为、特性，提高风电机组对这种故障的适应能力，已成为目前国内外研究的热点。
1 双馈变速风电机组
1.1 双反馈变速风电机的整体设计
风力发电的种类非常多，按照其结构，控制原理，运行方式可以有不同的分类。
根据转速性质进行划分，则可以分为恒速机组和变速机组两类。
变速的风电机组又可以分为连续变速的风电机组和不连续的风电机组两种类型。
根据发电机类型可以分为以同步发电机（包括以电激磁的同步机和以永磁体激磁的同步机）和以感应发电机（包括普通感应机，双馈感应机）。
任意类型的风电机组的通用动态模型一般是由风机的空气动力模型，桨距角控制模型，发电机模型，风力机的轴系模型，及其控制保护系统等部分组成。
风力机的轴系模块包括齿轮箱，发电机轴和风力机轴，控制保护系统指变速风力机组。
变速风电机组是由三叶片的风轮把风能转换为机械能，随后经过齿轮箱的轴系将机械能传到双馈感应发电机，发电机把机械能转换成电能输送到电网中。
和常规感应发电机不同，双馈异步风力机的转子和定子经过由两个背式电压源变换器联结。
风力机的转子接到转子侧变换器，转子侧变化器的运转就像在转子回路中串联了一个外部的电压向量。
经过控制其电压向量，可以让转子在预期的转速下运行。
在电网正常运行的状态下，转速经过转子侧变换器的控制来调节，这样可以优化功率的输出，这就是转子回路变频运行的原理。
1.2 双馈风力发电系统接线图
系统仿真的模型使用6台型号相同的1.5兆瓦双馈风电机组组成的风电系统，使用MATLAB软件对加入并网型风力发电场的电力系统运行做了仿真，风电系统等效电路如图1所示。
风电场的出口电压是575伏，经过升压的变压器电压升至35千瓦，期间需要经过10千米的输电线路，然后经过20千米的输电线路和另一个升压变压器连接，电压升至220千瓦。
2 风速波动时风电机组输出特性仿真
等间隔采样测量风速的输出特性仿真：
（1）选择电压控制模式，随后运行仿真，可以得到在组合风速下风电机组的输出特性变化曲线，如图2（a，b）所示。
自然的风速可以分成基本风速，阵风，渐变风和噪声风，组合风速是这些风速的结合，能较好的模拟自然风速的规律性和随机性等特点，所以组合风速不但能表现自然风速特性，避开风速模型计算的复杂性，而且可以有代表性地考察风力发电系统在阵风，渐变风时的能量。
（2）选择无功功率控制模式进行仿真，得到在组合风速波动下风电机组输出特性曲线如图3（a，b）所示。
当使用无功调控的方式时，发电机的有功和转子速度变化基本同电压模式调控下的状况相同，风力机提供的无功功率基本上没有浮动。
3 结束语
本章对双馈变速风电机组的模型进行了仿真，并进行了一些分析。
先从变化量简单，数据量较少的等间隔采样测量的风速进行分析，了解到了在风速高于和低于额定风速的情况下，风电机组维持出口電压所需要的一些控制方法及功率做出的调整；在产生短路的情况下，风力发电机有功和无功的改变情况同出口电压
的关系。
在从复杂的自然风速进行分析，了解了在数据量庞大的情况下，短时间内的风速会持续维持高于额定的风速，发电机转子转速的变化和风速呈相同的趋势，到达最高的转速后，风电机组会在恒功率控制的模式下运行，发电场的有功功率达到最大值，通过桨距角的变化来维持最大有功功率。
参考文献
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[2]我国风电产业发展研究报告.[R/OL].http：///view/1cf4a7106c175f0e7cd1377f.html.
[3]李杰.中国风电行业分析报告.[R/OL].http：///view/543b03ccda38376baf1fae59.html.
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