基于PSCAD软件的鼠笼异步风力发电系统的设计与仿真
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Ｋｅ ｒ ：ｓ ｕ ｒｅ — ａ ｅｉ ｄ ｃ ｉ ｎ ｍｏ ｏｒ ｒ ｔ ｒｍａ ｎｅ ｉ ｆｅｄ ｏ ｉ ｎ ａ ｉ ｎ ｖ ｃ ｏ ｏ ｔｏ ｙ ｗｏ ｄｓ ｑ ｉ ｌ ｇ ｕ ｔ ｔ ； ｏ ｏ ｇ ｔ ｌ ｒｅ ｔ ｔｏ ； ｅ ｔ ｒｃ ｎ ｒ ｌ ｒ ｃ ｎ ｏ ｃｉ
在 转子磁场 定 向条件 下 ，
定子 电压方 程 ：
＝ 、 。 ０ 异 步 ＝，
电机在０ ｑ Ｌ 旋转 坐标 系 内的电压方程 如下 。
２ 机 组 的数 学 模 型及 控 制 原理
Biblioteka Baidu
ｌ 背 靠背 式 变 流器 结 构 组 成及 运 行 原理
２ １异步 电机数 学模 型 ．
发 电机 定 子 绕 组 通 过 背 靠 背 变 流 器 和 电网连 接 ，见图 １ 。发 电机 ￣ Ｐ Ｍ 流器通 过调 节 电机 转速 ｔＷ 变 Ｊ
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｍ ｕｌ ｔｏ ｆＳ ｓｇ ｎｄ Ｓｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｑｕｉ ｒ ｌＣａ ｅＩ ｄｕｃ ｉ ｎ Ｖ ｎｄ Ｐｏ ｒ ｒ ｅ— ｇ ｎ ｔｏ ｗｅ Ｇ ｅ ｒ ｔｏ ｓ ｄ ｏ ｎｅ ａ ｉ ｎ Ｂａ ｅ ｎ ＰＳＣＡ Ｄ
ＺＨＡＮＧ ａ — ｉ ＧＵＯ ｉ— ｕ ＬＩ ｉ Ｈｕ ｎ ｗｅ ， Ｊａ ｈ ， ｅ Ｊ
ｑ 电流 ，保 持直流侧 电压稳定 ，实现有功功 率和无 轴 功功率 的解 耦控 制 ，控制 流 向电网的无 功功 率 ］ 。
发电机侧变流器 电网侧变流器
链 定 向的矢量 控制 及 网｛ Ｗ 整流 的方 法将 频率 变 ＮＰ Ｍ
化 的电能转换 为与 电网频率 相 同的恒频 电能 。
图１背靠背式变流 器
（ ｈ ｉ ｉ ｒｉ ｃｅｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ， ｆｉ ３ ０ １ Ｃ ｉａ Ａｎ ｕ ｖ ｓｙｏ ｉ ｅ ｄＴ ｈ ｏｏｙ Ｈｅｅ ２２ ０， ｈｎ ） Ｕｎ ｅ ｔ ｆＳ ｎ ａ ｅ
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基于Ｐ Ｃ Ｄ Ｓ Ａ 软件的 鼠笼异步风 力发电系统的设计与仿真
电工电气
（０ ０ ． ） ２ １ １ Ｎｏ ０
基于ＰＣ Ｄ Ｓ Ａ 软件 的鼠笼异步风 力发 电系统 的设 计 与仿真
张焕伟 ，郭 家虎 ，李杰
（ 安徽理工 大学 ，安徽 合肥 ２ ２ ０） ３０１ 摘 要： 分析 了基于 鼠笼式异步风力发 电系统 中 Ｐ Ｍ背靠背全功率变流器的组成及运行原理 ，建立 Ｗ
随着科 学技术 的发展 和工业 规模 的扩大 ，能源 的短缺和环 境 的恶 化成 为全球 性 的难 题 。风力发 电 是一 种能源 补充 ，因其 洁净无 污染和 可再 生性 ，在
和转 子磁 链 ，控 制 发 电机 的 电磁转 矩 ，使发 电机运 行在变 速恒频 状态 ；网￣ Ｐ Ｍ Ｊ ｔＷ 变流 器通 过调节鹕 由 和
了异步 电机 与网侧变流器 的数学模型并在 Ｐ Ｃ Ｄ软件 中进行 了仿真 。仿真结果表 明系统 负载 突变 时定子 ＳＡ 电流稳定性好 ，转速无波 动，转矩动态 响应快 ，验证 了该系统的合理性和有效性。 关键词： 鼠笼式异步 电机；转子磁场定 向；矢量控制 中图分 类号 ：Ｔ ６ ４ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号：１０ — １５ ２ １） ０ ０ １— ３ Ｍ １ ０ ７ ３ ７ （０ ０ １— ０ ９ ０
ｗｉ ｏ ｔｒｔｔｏ ｐ ｅ ｕ ｔ ａｉｎ ｗｉ ｕｃ ｅ ｐ ｎ ｅｉ ｏａｙｔ ｒｕ ， ｉｈｖ ｒｆｓｔ ｅｒｔｏ ａｉ ｎ ａｉｉｙｏ ｔ ｅｓ ｓｅ ． ｔ ｕ ａｉｎ ｓ ｅ ｄｆ ｃｕ ｔｏ ， ｔ ｑ ｉｋｒ ｓ ｏ ｓ ｒ ｔｒ ｏｑ ｅ ｗｈｃ ｅ ｉ ｈ ａｉｎ ｌｔ ａ ｄｖ ｌ ｔ ｆ ｈ ｙ ｔｍ ｈ ｏ ｌ ｈ ｎ ｙ ｙ ｄ
ｓｍｕ ａｉ ｎ ｃ ｒ ｉｄ ｏ ｎ ＰＳ ｉ ｌ ｔｏ ａ ｒ ｅ ｕｔ ＣＡＤ ｏ ｔ ｒ ． ｍｕ ａ ｉ ｎ ｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｈ ｔａ ｕ ｄｅ ｈ ｎ ｆｓ ｓｅ ｌ ａ ，ｓａ ｏ ｕ ｅ ｔｓ ａ ｉｉ ｓｇ ｏ ｉ ｓ ｆｗａ ｅ Ｓｉ ｌ ｔ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗｓｔ ａ ｔａ ｓ ｄ ｎ ｃ ａ ｇｅ ｏ ｙ ｔ ｍ ｏ ｄ ｔ ｔ ｒｃ ｒ ｎ ｔ ｂ ｌ ｙ ｉ ｏ ｄ ｏ ｔ
世界 范围纷纷 加大 力度 ，得 到 了高速 发展 。 鼠笼式 异步 电机 因其 结构 简单 、坚 固耐 用 、运 行可 靠 、易 于维护 和适宜 恶劣环 境等优 点 ，在离 网型风 力发 电
系统 中，得到 了广泛 的应用 。 发 电系统采 用 鼠笼式异 步 电机 ，风 力机通 过变 速 箱拖动 发 电机 ，电机 的定 子绕 组通过 变频 器和 电 网相连接 。 由于 风速 的变化 ，风力 机及 发 电机 的转 速 也随之 变化 ，发 出来 的 电是变频 的 。采 用转 子磁
在 转子磁场 定 向条件 下 ，
定子 电压方 程 ：
＝ 、 。 ０ 异 步 ＝，
电机在０ ｑ Ｌ 旋转 坐标 系 内的电压方程 如下 。
２ 机 组 的数 学 模 型及 控 制 原理
Biblioteka Baidu
ｌ 背 靠背 式 变 流器 结 构 组 成及 运 行 原理
２ １异步 电机数 学模 型 ．
发 电机 定 子 绕 组 通 过 背 靠 背 变 流 器 和 电网连 接 ，见图 １ 。发 电机 ￣ Ｐ Ｍ 流器通 过调 节 电机 转速 ｔＷ 变 Ｊ
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｍ ｕｌ ｔｏ ｆＳ ｓｇ ｎｄ Ｓｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｑｕｉ ｒ ｌＣａ ｅＩ ｄｕｃ ｉ ｎ Ｖ ｎｄ Ｐｏ ｒ ｒ ｅ— ｇ ｎ ｔｏ ｗｅ Ｇ ｅ ｒ ｔｏ ｓ ｄ ｏ ｎｅ ａ ｉ ｎ Ｂａ ｅ ｎ ＰＳＣＡ Ｄ
ＺＨＡＮＧ ａ — ｉ ＧＵＯ ｉ— ｕ ＬＩ ｉ Ｈｕ ｎ ｗｅ ， Ｊａ ｈ ， ｅ Ｊ
ｑ 电流 ，保 持直流侧 电压稳定 ，实现有功功 率和无 轴 功功率 的解 耦控 制 ，控制 流 向电网的无 功功 率 ］ 。
发电机侧变流器 电网侧变流器
链 定 向的矢量 控制 及 网｛ Ｗ 整流 的方 法将 频率 变 ＮＰ Ｍ
化 的电能转换 为与 电网频率 相 同的恒频 电能 。
图１背靠背式变流 器
（ ｈ ｉ ｉ ｒｉ ｃｅｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ， ｆｉ ３ ０ １ Ｃ ｉａ Ａｎ ｕ ｖ ｓｙｏ ｉ ｅ ｄＴ ｈ ｏｏｙ Ｈｅｅ ２２ ０， ｈｎ ） Ｕｎ ｅ ｔ ｆＳ ｎ ａ ｅ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａｎ ｌ ｓｓｗａ ｄ ｏ ｃ ｎ ｉｔ ｇ ｏ ｎ ｐ ｒ ｔｏ ａ ｒｎ ｉ ｅ ｏ Ｍ ａ ｋ・ － ａ ｋ ｆ ｌｐ ｗｅ ｏ ｖ ｒｅ ｎ ａ ｗｉ ｄ ｐ ｗｅ ｅ ・ ｓ ｒ ｃ ： ａ ｙ ｉ ｓｍａ ｅｔ ｏ ｓ ｓｉ ｆａ ｄ ｏ ｅ ａ ｉ ｎ ｌ ｉ ｃｐｌ ｆ ｎ ｐ ＰＷ ｂ ｃ —ｏ— ｃ － ｏ ｒｃ ｎ ｅ ｔ ｒｉ ｎ ｏ ｒｇ ｎ－ ｔ ｂ ｕｌ ・
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基于Ｐ Ｃ Ｄ Ｓ Ａ 软件的 鼠笼异步风 力发电系统的设计与仿真
电工电气
（０ ０ ． ） ２ １ １ Ｎｏ ０
基于ＰＣ Ｄ Ｓ Ａ 软件 的鼠笼异步风 力发 电系统 的设 计 与仿真
张焕伟 ，郭 家虎 ，李杰
（ 安徽理工 大学 ，安徽 合肥 ２ ２ ０） ３０１ 摘 要： 分析 了基于 鼠笼式异步风力发 电系统 中 Ｐ Ｍ背靠背全功率变流器的组成及运行原理 ，建立 Ｗ
随着科 学技术 的发展 和工业 规模 的扩大 ，能源 的短缺和环 境 的恶 化成 为全球 性 的难 题 。风力发 电 是一 种能源 补充 ，因其 洁净无 污染和 可再 生性 ，在
和转 子磁 链 ，控 制 发 电机 的 电磁转 矩 ，使发 电机运 行在变 速恒频 状态 ；网￣ Ｐ Ｍ Ｊ ｔＷ 变流 器通 过调节鹕 由 和
了异步 电机 与网侧变流器 的数学模型并在 Ｐ Ｃ Ｄ软件 中进行 了仿真 。仿真结果表 明系统 负载 突变 时定子 ＳＡ 电流稳定性好 ，转速无波 动，转矩动态 响应快 ，验证 了该系统的合理性和有效性。 关键词： 鼠笼式异步 电机；转子磁场定 向；矢量控制 中图分 类号 ：Ｔ ６ ４ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号：１０ — １５ ２ １） ０ ０ １— ３ Ｍ １ ０ ７ ３ ７ （０ ０ １— ０ ９ ０
ｗｉ ｏ ｔｒｔｔｏ ｐ ｅ ｕ ｔ ａｉｎ ｗｉ ｕｃ ｅ ｐ ｎ ｅｉ ｏａｙｔ ｒｕ ， ｉｈｖ ｒｆｓｔ ｅｒｔｏ ａｉ ｎ ａｉｉｙｏ ｔ ｅｓ ｓｅ ． ｔ ｕ ａｉｎ ｓ ｅ ｄｆ ｃｕ ｔｏ ， ｔ ｑ ｉｋｒ ｓ ｏ ｓ ｒ ｔｒ ｏｑ ｅ ｗｈｃ ｅ ｉ ｈ ａｉｎ ｌｔ ａ ｄｖ ｌ ｔ ｆ ｈ ｙ ｔｍ ｈ ｏ ｌ ｈ ｎ ｙ ｙ ｄ
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世界 范围纷纷 加大 力度 ，得 到 了高速 发展 。 鼠笼式 异步 电机 因其 结构 简单 、坚 固耐 用 、运 行可 靠 、易 于维护 和适宜 恶劣环 境等优 点 ，在离 网型风 力发 电
系统 中，得到 了广泛 的应用 。 发 电系统采 用 鼠笼式异 步 电机 ，风 力机通 过变 速 箱拖动 发 电机 ，电机 的定 子绕 组通过 变频 器和 电 网相连接 。 由于 风速 的变化 ，风力 机及 发 电机 的转 速 也随之 变化 ，发 出来 的 电是变频 的 。采 用转 子磁