0引言
20世纪以来，世界风力发电的装机容量保持快速增长，风力发电为实现碳达峰，碳中和提供有力保障，由于海上风能资源比陆地丰富，且我国东部沿海区域面积辽阔，海上风电开发势在必行，并呈现由近海、浅水、小规模示范到远海、深水、大规模集中开发的趋势。以发展海上风电为契机，推动关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新，从而培育新的优势产业，形成基于世界前沿科技和规模经济的新型产业竞争优势。所以发展海上风电势在必行。在各种风电机组发电方式中，变速恒频发电方式可以实现最大风能追踪，提高风能利用率[1]。本文采用双馈异步发电机跌落时和恢复时的性能，采用Simulink仿真软件进行建模。为此，本文利用Simulink仿真软件进行了双馈风电机组的建模并进行了机组稳态运行测试[2]。
图1 双馈风电机组并网原理图
1双馈风电机组结构与发电原理
双馈风电机组主要由风力机、机械传动机构和双馈感应发电机组成。风电机组通过风力机将所吸收的风能转换为机械能，经传动系统，通过双馈感应发电机将机械能转换为电网可用的电能。双馈发电机定子侧直接与电网相连，转子侧经变流器连接到电网[3]。双馈风电机组结构如图 1 所示。
2 双馈风电机组建模
2.1 发电机建模
双馈发电机的模型可以近似为一个绕线式异步感应发电机，规定各电气量的正方向符合电机惯例,假设气隙均匀，定、转子为三相对称绕组，忽略磁路饱和，忽略各种涡流磁滞损耗，绕组自感和互感都是三相对称且线性不变，忽略温度变化对电机参数的影响；并且假设磁通波为正弦分布，回路中磁通变化产生的感应电势与磁通变化的极性相反，电流产生的漏磁通与电流正方向一致。
2.2 转子侧变流器建模
转子侧逆变器的控制目的是追踪发电机定子端输出的有功功率的参照值，并保证功率因数不变。当定子电压保持恒定时, 以定子磁链定向的矢量分析中, 定子发出有功功率与转子电流q轴分量成正比, 控制转子电流q轴分量就可以控制DFIG发出的有功功率；定子无功功率与转子电流d轴分量有关,单独控制转子irq可以控制DFIG向电网发出的无功功率, 从而实现了对系统功率的精确解耦控制。电磁转矩和转子转速与转子电流q轴有关, 控制转子电流q轴分量可以控制发电机电磁功率和转子转速。由电动机及转子侧变换器的状态方程，结合矢量控制原理，在Simulink中建立转子侧变流器的控制系统仿真模型。
2.3 网侧变流器建模
网侧变流器的目标为控制功率因数，恒定直流侧电压。由电动机及网侧变换器的状态方程，结合矢量控制原理，在Simulink中建立网侧变流器的控制系统仿真模型。网侧变流器采用双闭环控制, 外环为电压环,内环为电流环。电流内环参考值与反馈值的差值经带输出限幅的PI调节器后叠加前馈补偿电压得到电压控制参考量, 再经坐标变换和SVPWM后得到网侧变流器所需的脉冲信号, 驱动网侧变流器工作。
2.4 保护回路建模
由于有限容量的转子侧变换器对 DFIG 只有部分控制作用，为了在外部电网电压严重跌落时实现 DFIG 风电机组的低电压穿越运行，必须采取相应的保护措施[6]。Crowbar是一个保护器之间的分流电阻，与一个开关串联。当电容器电压上升超过某个阈值或转子电流超过一个上限时，开关关闭，电容器电压降低。
3双馈风电机组仿真测试
本节以含66台1.5MW容量DFIG的风电场为例进行仿真实验，通过0.575V/161kV升压变压器与161kV 输电线路连接，并入无穷大电网来进行稳态仿真。DFIG相关参数如表1 所示。
表1 DFIG相关参数
电网输电线路相关参数如表2所示。 其中，选取DFIG额定功率与一次侧额定电压161kV、二次侧额定电压575V 为基准值。
表2 电网输电线路相关参数
无固定串补电容工况下，设置风速为 5m/s， 该 DFIG 并网系统稳定运行的相关输出情况如图2所示，在此工况下该系统具有稳定运行的能力，并且 该系统在25s时刻系统运行至稳定状态。
4 结语
本文基于Matlab Simulink 软件实现了双馈风力发电机组的仿真，并在MATLAB Simulink仿真软件中进行了无固定串补电容工况下的稳态运行测试。
本文在中国矿业大学（北京）大学生创新训练项目“新能源系统次/超同步振荡分析及控制技术的研究”（202304006）资助下完成。
参 考 文 献：
[1]陈垣毅,郑增威,霍梅梅等.风能发电预测技术研究的现状与发展[J].能源工程,2012(06):18-22+34.
[2]杨更宇,李鹏冲.基于Matlab的双馈风机并网系统仿真分析[J].电气传动自动化,2020,42(02):11-15.
[3]徐凤霞,郭嘉.变速恒频双馈风电机组建模及仿真分析[J].齐齐哈尔大学学报(自然科学版),2016,32(04):16-19.