变速恒频双馈风力发电系统仿真研究(2)

耦控制。

5 网侧变换器控制

网侧变换器主要实现交流侧输入单位功率因数控制和在各种状态下保持直流环节电压稳定，确保转子侧变换器和整个dfig励磁系统可靠的工作。本文采用基于电网电压定向的控制策略实现对网侧变换器的控制。

如图3所示，直流环节给定电压和反馈电压相比较后的误差经pi调解器调节输出i*d，对网侧变换器进行单位功率因数控制，即i*q=0。电流的有功、无功分量给定和电流的反馈值比较后经pi调解器输出u＇rd、u＇rq，然后与解耦项和补偿项一起构成变换器给定参考电压，然后将其变化到两相静止坐标系下的电压控制相量，通过svpwm调制，产生网侧变换器所需的触发脉冲信号，进而进行网侧变换器的整体控制。

6 系统仿真

基于matlab中的simulink仿真环境，对双馈风力发电系统进行仿真分析（见图4），以获得一定的指导性结论，并验证前述理论的正确性及可行性。双馈电机参数如下：定子额定功率pn=22kw，额定电压un=220v，电机极对数p=2，额定电流in=6.9a，同步转速n1＝1500r/min，折算至定子绕组匝数后的绕组参数：rs=0.435ω，rr=0.816ω，ls=0.002h，lr=0.002h，lm=0.693h；直流环节电容为c=2000μf，直流环节电压udc=540v，进线电抗器l=0.002h，开关频率f=5khz。

输入风速为v=7.4m/s时，电机工作在亚同步速条件下，定子侧输出有功、无功功率、相电压和相电流波形如图5~9所示：

dfig工作于亚同步发电状态下，转子励磁系统提供直流励磁，对应的输出有功功率约为1500w，从有功功率曲线可见，仿真结果理论值相符合；无功功率基本为零，功率因数近似为1。图7为dfig定子电压ua与定子电流ia波形，ua与ia同相位，定子侧相电压和相电流的频率均为50hz，说明了定子侧无功功率几乎为零。

由仿真波形可知，系统稳定时，整流器直流侧电压稳定在540v。亚同步速时，网侧变换器工作在整流状态下，能量流出电网，输出电流波形为正弦且谐波分量很小，电网电压电流波形同相位，整流器工作在单位功率因数情况下。

图10为电机工作在超同步速条件下时，网侧变换器交流侧电网电压和电流波形，网侧变换器工作在逆变状态下，电网电压和电流反相位，能量流入电网。从而说明本文采用的双pwm型变换器具有能量双向流动的能力，并且变换器输入、输出特性较好。

7 结束语

在阐述了变速恒频双馈风力发电系统基本原理的基础上，给出了基于定子磁链定向的矢量控制策略和基于电网电压定向的网侧变换器控制方法，结合双pwm型变换器运用于变速恒频双馈风力发电系统，基于matlab/simulink软件平台，搭建了变速恒频双馈风力发电系统仿真模型，进行了验证性实验分析，仿真结果表明，采用所述控制策略能够实现最大风能的追踪和解耦控制，同时采用的双pwm型变换器具有能量双向流动、输入和输出特性好的特点。证明了所述控制策略的正确性和有效性，具有良好的工业应用前景。