双馈风力发电系统仿真那些事儿

双馈风力发电系统仿真，DFIG，采用背靠背双pwm变换器，具备最大功率追踪功能。 （1）转子侧变换器采用基于定子电压定向的矢量控制策略，有功无功解耦，具备MPPT能力，采用功率外环电流内环双闭环控制结构。 （2）网侧采用电网电压定向的矢量控制策略，才用电压外环电流内环控制，直流母线电压稳定，输入功率因数为1。 （3）具备最大功率追踪MPPT功能，MPPT才用最优特性曲线法，可根据输入风速实时追踪最大功率点，追踪效果好。 （4）模型注释清楚，简单易懂，可提供文献参考，可根据需要定制。

在风力发电领域，双馈感应发电机（DFIG）凭借其独特优势成为了研究与应用的热点。今天就来唠唠基于背靠背双 PWM 变换器且具备最大功率追踪功能的双馈风力发电系统仿真。

一、转子侧变换器

转子侧变换器采用基于定子电压定向的矢量控制策略，这一策略的核心在于实现有功无功解耦，同时赋予系统最大功率点追踪（MPPT）能力，采用的是功率外环电流内环双闭环控制结构。

咱们先看看功率外环的代码示意：

# 功率外环控制示例代码 def power_out_loop(power_ref, power_measured): kp_p = 0.5 # 比例系数 ki_p = 0.1 # 积分系数 integral_p = 0 error_p = power_ref - power_measured integral_p += error_p current_ref_d = kp_p * error_p + ki_p * integral_p return current_ref_d

这里呢，powerref是给定的功率参考值，powermeasured是实际测量到的功率。通过比例积分控制（PI 控制），计算出电流参考值currentrefd，为内环电流控制提供目标。

再看看电流内环代码：

# 电流内环控制示例代码 def current_in_loop(current_ref_d, current_measured_d): kp_i = 0.3 # 比例系数 ki_i = 0.05 # 积分系数 integral_i = 0 error_i = current_ref_d - current_measured_d integral_i += error_i voltage_ref_d = kp_i * error_i + ki_i * integral_i return voltage_ref_d

在电流内环中，将功率外环给出的电流参考值currentrefd与实际测量的电流值currentmeasuredd作比较，同样通过 PI 控制算出电压参考值voltagerefd，这个电压参考值最终用于控制变换器的输出。

二、网侧变换器

网侧采用电网电压定向的矢量控制策略，运用电压外环电流内环控制方式，目的是维持直流母线电压稳定并且使输入功率因数为 1。

电压外环代码示例：

# 电压外环控制示例代码 def voltage_out_loop(voltage_ref, voltage_measured): kp_v = 0.4 # 比例系数 ki_v = 0.08 # 积分系数 integral_v = 0 error_v = voltage_ref - voltage_measured integral_v += error_v current_ref_q = kp_v * error_v + ki_v * integral_v return current_ref_q

voltageref是期望的直流母线电压参考值，voltagemeasured是实际测量值。通过 PI 计算得出电流参考值currentrefq。

电流内环和转子侧类似，这里就不再赘述代码。通过这样的双环控制，保证了直流母线电压稳定以及功率因数为 1 的目标。

三、最大功率追踪 MPPT

系统具备最大功率追踪 MPPT 功能，采用的是最优特性曲线法。这种方法可以根据输入风速实时追踪最大功率点，追踪效果相当不错。

简单来说，我们可以根据风速 - 功率的最优特性曲线建立一个查找表。代码大致如下：

# 风速 - 功率查找表示例 wind_speed_power_table = { 3: 0, 4: 100, 5: 200, # 更多风速 - 功率对应值... } def mppt(wind_speed): if wind_speed in wind_speed_power_table: return wind_speed_power_table[wind_speed] else: # 简单的线性插值 lower_speed = max([s for s in wind_speed_power_table if s < wind_speed]) upper_speed = min([s for s in wind_speed_power_table if s > wind_speed]) lower_power = wind_speed_power_table[lower_speed] upper_power = wind_speed_power_table[upper_speed] interpolated_power = lower_power + (wind_speed - lower_speed) * (upper_power - lower_power) / (upper_speed - lower_speed) return interpolated_power

这个代码中，根据实时测量的风速，从查找表中获取对应功率值，如果风速不在查找表中则进行简单线性插值计算功率。这样就实现了根据风速实时追踪最大功率点。

四、模型特点

整个模型注释清楚，简单易懂。对于想要深入研究的朋友，可提供相关文献参考。如果有特殊需求，也能根据具体情况定制。像 [《双馈风力发电系统建模与控制》]这样的文献，对于理解系统的原理和模型构建就很有帮助。通过这样的仿真模型，能更深入地研究双馈风力发电系统的运行特性，为实际应用提供有力支持。希望以上内容能让大家对双馈风力发电系统仿真有更清晰的认识！