双馈电机控制模型的建立与仿真

双馈电机控制模型的建立与仿真

金菁

EstablishmentandSimulationfortheControlModelofDoubleFedMotor

金菁JINJing曰刘青松LIUQing-song（嘉兴学院，嘉兴314001）（JiaxingUniversity，Jiaxing314001，China）

摘要院本文通过对风速的分解，建立了实际风速的综合模型，在风机动态特性分析的基础上，建立了双馈电机及控制系统的仿真模型。所建立的模型具有通用性，便于Matlab/Simulink的仿真分析。

Abstract:Thispaper,whichisbasedontheanalysisofwindspeed,establishedacomprehensivemodeloftheactualwindspeed.Andaccordingtotheanalysisofdynamiccharacteristicsofwindgenerators,thesimulationmodelofthedoublefedmotorandcontrolsystemaresetup.ThemodelissogeneralthatitiseasytoanalysisandsimulationdatainMatlab/Simulink.

关键词院双馈电机；风速；控制；建模Keywords:doublefedmotor；windspeed；control；modeling中图分类号院TM303文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）21-0047-020

引言双馈电机是目前开发的新型交流电机，它兼有异步电机和同步电机的优点。与其相应的风力发电技术，是一种具有良好应用前景的风力发电技术。它可以优化风力发电机的运行条件，并使发电机组与电网之间实现良好的柔性连接。由此，可在提高风能利用率和转换效率的同时使发电机顺利实现并网操作[1]。

1风速模型风能是一种洁净的可再生能源，然而能量密度较低，因此需较大的风轮获取能量。此外，风能随海拔、时间、地点的改变而改变。它的变化性和随机性更使其不易被利用。因此，为使得风力发电机组有稳定的功率输出，对风速的分析和预测以及建模是不可或缺的。

据风能特性，现将风速模型分解为以下两个部分：平均风速———周期大于10min，脉动风速———周期极短。最终作用在风力机上的模拟风速为上述两种风速之和。与两种风速相应的预测称为短时风速预测和中长期风速预测。

对短期风速的准确预测有助于减轻因风速波动产生的对电网不利的影响，还可优化电网调度部门的调度计划；对中长期风速的准确预测则有助于设计规划风电场规模，制订长远发展目标[2]。

对于变动频繁的短期风速，可利用其特性———随机性、时间相关性、空间相关性———拟定符合其波动情况的状态方程，经过一系列的算术变换得出符合实际的短时风速序列。其具体步骤大致如下：淤测得风电场数据并将其分解。

于对分解得到的不同成分建立不同预测模型。

盂将各个预测模型得到预测值叠加成最终结果。

榆将由盂得到的结果作为样本，与所测得的数据整合，得到新的样本。

虞再将所得样本分解成不同频率分量及其对应项。重复步骤于~盂。

愚综和步骤榆与虞得到短期风速预测模型。

相较于短时风速，中长期风速的变化缓慢，可将其分解为不同的分量。对应不同分量建立不同的有关于时间t的方程。

综上所述，得到可用风速的综合模型：

将矩阵中电流关于时间的微分用角速度表示，整理后可得MATLAB/Simulink中所需各个模块参数，从而整合成双馈电机模型。

3发电机控制模型双馈发电机的控制系统由两个闭环构成。

其中，外环部分设计成转速控制环。转速环的给定值为根据风速计算出的与风力发电机最佳叶尖速比对应的转速值。环节中，限幅输出的PI控制器的输入为转速环给定值与电机转速反馈值的差值。对于输出转子的无功电流及有功电流的设定值，则据电网对风力发电系统的要求计算得到。内环部分设计成转子电流控制环。它由两个均采用限幅输出电流调节器的通道控制。输出的电压控制量由电流误差量经过调节后形成。接着，叠加补偿量即前馈电压，即得到转子电压控制量。再通过变换坐标，可得控制双馈电机转子电压的指令。其结果通过SVPWM模块可调制转子侧的变换器，从而产生满足实际要求的励磁电流及电压。仿真时的风速模型采用上述风速模型，最终调整参数值，使双馈风力发电机安全可靠运行，有稳定输出。

4结论本文在风力发电风速研究基础上，对风速分解，于MATLAB中建立相应风速模型，整合可得实际风速模型，并得到动态分析和仿真所需的风速序列。

同时，根据数学公式，在Simulink中建立风力发电机模型及其相应控制模型。最终调整参数，可通过控制系统保证风力发电机组安全可靠的运行，并实现对稳定机组输出功率和优化功率曲线的控制。

参考文献院[1]吉同军，丁晓群,刘皓明.双馈式风力发电系统的运行控制与建模仿真[J].中国电力,2008(41):81-86.[2]马应魁.短期风速多步预测的研究[J].工矿自动化,2010(9):54-58.[3]王聪,刘永前.风力发电系统的建模与仿真研究[J].中国电力教育,2006:125-128.[4]张凤阁,王惠军,体宁泽等.新型无刷双馈变速恒频风力发电系统的建模与数字仿[J].太阳能学报,2005（26）:660-664.基金项目院本文得到浙江省大学生创新计划（编号：2013R417038）的资助。

作者简介院金菁（1991-），女，浙江杭州人，嘉兴学院电气专业学生，研究方向为微电网的设计与仿真。