交直交风力发电系统建模与仿真研究

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1、<电气开关>(2011．No．4)文章编号：1004—289X(2011)o4—0025一O5交直交风力发电系统建模与仿真研究徐颖剑(华北电力大学，北京102206)摘要：对交直交风力发电系统的工作原理以及控制技术进行了较为全面的阐述，重点介绍了交直交变频器的工作原理；建立相关的数学模型，并在不同输入下进行了动态仿真，对仿真结果进行了分析，验证其控制理论的正确性。关键词：风力发电；交直交；动态模型中图分类号：TM614文献标识码：BA．D．AWindPowerSystemModelingandSimulationResearchxuYi

2、ng-jian(NorthChinaElectricPowerUniversity，Beijing102206，China)Abstract：TheworkingprincipleandcontroltechniqueofA．D．Awindpowerpowersystemareoverallstated．IntroducetheprincipleofA．D．Ainverter，makearelativemathematicalmodel，makedynamicsimulationunderdiferentinputs，analyzeth

3、esimulationresultsandverifycorrectnessofitscontroltheory．Keywords：windpowergeneration；A．D．A；dynamicmodel合。本文主要研究交流／直流／交流系统。1引言本文围绕交直交风力发电系统及其相关控制技术在风力发电系统中，当风力发电机与电网并联运展开研究。对交直交风力发电系统的工作原理以及控行时，要求风电频率和电网频率保持一致，即风电频率制技术进行了较为全面的阐述并建立了相关的数学模保持恒定，因此，风力发电系统分为恒速恒频发电机系型。在MATLAB

4、／SIMULINK软件下对相关的模型进统(CSCF系统)和变速恒频发电机系统(VSCF系行了仿真研究，并对仿真结果做出具体的分析，得出相统)¨1。恒速恒频发电机系统是指在风力发电过程中关的结论。保持发电机的转速保持不变从而得到和电网频率一致2交直交变频器工作原理的恒频电能。恒速恒频系统(CSCF系统)一般来说比交直交变频器的工作原理是：先通过整流器将工较简单，所采用的发电机主要是同步发电机和鼠笼型频交流电变换成直流电，再通过逆变器将直流电转变感应发电机¨。变速恒频发电机系统(VSCF系统)，成交流电。变频器输出的交流电的幅值和频率均可调

5、是指在风力发电过程中发电机的转速，并以随风速变节。交直交变频器由整流环节、直流环节和逆变环节化而通过其他的控制方式来得到和电网频率一致的恒3部分构成。其电路图如图1～图3所示。频电能。整流环节：6个晶闸管构成三相桥式可控整流目前国际上有多种方案实现变速恒频风力发电。电路，采用自然换相。这6个晶闸管的导通顺序是如交流／直流／交流系统、磁场调制发电机系统、交流励磁双馈发电机系统、无刷双馈发电机系统、爪极式发电fvT．’2fVT3。2州1l机系统、开关磁阻发电机系统等【3】。这些变速恒频发电系统有的是发电机与电力电子装置相结合实现变速VT,-

6、22f’恒频的，有的是通过改造发电机本身结构而实现变速恒频的。这些系统都有自己的特点，适用于不同的场图1交／直／交变频电路简图图2整流器电路图<电气开关>(2Ol1．No．4)法，能消除同步电机电压方程中的时变电感，使同步电机问题的计算简捷、准确。风力发电机定子上有三相对称的绕组，用A、B、C表示，转子上有三相或多相对称绕组(多相对称绕组可以等效为三相对称绕组)用a、b、c表示，如图4所示。根据Park变换，可把A、B、C(a、b、c)轴系变换到图3逆变器电路图任意的d、q、O(D、Q、o)系统，反之，任意d、q、O(D、Q、(vTl，

7、V，I’2)一(VT2，VT3)一(VT3，VT)一(vT。，0)的系统也可变换到A、B、C(a、b、c)系统。图4中v，I’5)_+(VT5，VT6)一(VT，VT。)。整流电路的作角定义为：q轴与X轴(A相绕组轴线)间的夹角。用是：将三相交流电整流成幅值可调的直流电，其1中幅值的调节是通过调节晶闸管的控制角的大=()鸳+(o)小来实现的，角越小，就越大，两者的关系用公式表示三相桥式可控整流电路接电感型负载：Ud2．34COSt)／o直流环节：C为直流侧大电容，能够滤除高频谐波，可使直流电压的波形更为平直。因为直流环节中并接大电容，所

8、以这种变频器属于电压型变频器。C逆变环节：VT。一VT6构成三相桥式逆变电路，采用强迫换流方式。强迫换流电路由C。一C、L。～L构图4坐标系示意图成，作用是：当某个晶闸管(即逆变管)需要关断时，强3．2任意