兆瓦级双馈异步风力发电系统分析

摘要：

 本文对兆瓦级双馈风力发电机组的数学模型进行了分析，在 MATLAB 中采用结构

化设计方法建立了基于定子磁场矢量控制技术的双

PWM 变流器控制系统模型。仿真结果验

证了系统在实现最大风能捕捉和有功、无功解耦控制上的有效性。

　　关键词：双馈风力发电机；双

PWM 变流器；矢量控制技术；MATLAB 仿真

　　引言

　　双馈异步风力发电技术因为具有：低风速时可以根据风速变调节发电机转矩获得最大
风能；高于额定风速时可以改变桨叶节距角来维持额定功率的优点而成为风力发电技术的
重要发展方向

　　

1 双馈风力发电机组的工作原理和数学模型

　　

1.1 双馈异步发电机组的工作原理

　　双馈异步发电机是由一台带集电环的绕线转子异步发电机和双

PWM 变流器组成。双馈

异步发电机的定子绕组直接与工频电网相连。运行时，发电机的转速和定、转子电流的频率
关系可表示为：

f1=pn/60±f2，由此式可知：当发电机的转速变化时可通过调节 f2 来维持 f1

恒定。

　　

1.2 双馈异步发电机的数学模型

　　本文按电动机惯例建立双馈异步发电机的数学模型。其中电压方程式为

　　式中下标

1 和 2 分别表示定子侧和转子侧；d 和 q 分别表示 d 轴和 q 轴。P 是微分算子，

ω、ωS 分别是同步角速度和转差角速度。磁链方程式为

　　双馈发电机采用定子磁场定向矢量控制技术，将定子磁链

Ψ1 方向取在 d 轴，忽略电阻

压降得

　　由上几式可得电磁转矩和功率方程

　　当发电机并网以后，定子电压不变，则

Ψ1 也不变，由式（4）可见，发电机电磁转矩

可通过转子中的

q 轴电流进行控制，达到调速的目的；而定子有功功率 P1 只与转子电流