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DFIG仿真:首先,给出了感应电机在dq域的详细数学模型然后,根据双馈风力发电机的特点,对一般...

DFIG仿真:首先,给出了感应电机在dq域的详细数学模型然后,根据双馈风力发电机的特点,对一般的数学模型进行了修正,给出了双馈风力发电机的矢量控制模型然后给出了风力发电机及其转矩控制器的基本模型最后,为了检验所设计控制器的性能,进行了一组仿真 有说明书,英文版

搞双馈风机(DFIG)的仿真,总得先把感应电机的数学模型捋清楚。很多人一上来就调控制器参数,结果模型本身没吃透,调来调去都是玄学。所以咱们先从最基础的感应电机 dq 模型开始。

感应电机在 dq 坐标系下,电压方程可以写成这样:

% 定子电压方程 usd = Rs*isd + d(psi_sd)/dt - omega_s*psi_sq; usq = Rs*isq + d(psi_sq)/dt + omega_s*psi_sd; % 转子电压方程(折算到定子侧) urd = Rr*ird + d(psi_rd)/dt - (omega_s - omega_r)*psi_rq; urq = Rr*irq + d(psi_rq)/dt + (omega_s - omega_r)*psi_rd;

这里omegas是同步转速,omegar是转子电角速度,psi是磁链。注意转子方程里那个(omegas - omegar),其实就是转差频率。这个模型是通用的,但直接拿来用会有点“重”,因为双馈风机转子侧是通过变流器接入的,控制自由度主要在转子上。

所以得根据 DFIG 的特点改一改。双馈风机定子直接连电网,转子通过背靠背变流器接进去,所以一般把 d 轴定向在定子磁链上(定子电压定向也行,但磁链定向解耦更干脆)。这么一定向,psi_sq = 0,方程就清爽多了。

矢量控制的核心就是实现转子电流的解耦控制。通常 d 轴控制无功(或者定子端电压),q 轴控制有功(也就是转矩)。转子侧变流器的控制器模型大概长这样:

% 电流内环参考值计算(以定子磁链定向为例) isd_ref = (Pref/Us) * (psi_sd/(psi_sd^2 + psi_sq^2)); % 实际中 psi_sq=0 isq_ref = (Qref/Us) * (psi_sd/(psi_sd^2 + psi_sq^2)); % 转子电压指令(带前馈解耦) urd_ref = Kp*(ird_ref - ird) + Ki*integral(ird_ref - ird) - sigma*Lr*(omega_s - omega_r)*irq; urq_ref = Kp*(irq_ref - irq) + Ki*integral(irq_ref - irq) + sigma*Lr*(omega_s - omega_r)*ird + (Lm/Ls)*omega_r*psi_sd;

注意最后一项(Lm/Ls)omegarpsisd,这是运动电动势项,不加上的话动态响应会差一截。很多论文里这块写得模模糊糊,实际调仿真的时候,这个前馈给不给,响应速度差挺多。

风机本身的机械部分也不能忽略。风轮捕获的功率用经典的风能利用系数 Cp 描述:

Cp = c1*(c2/lambda_i - c3*beta - c4)*exp(-c5/lambda_i) + c6*lambda; lambda = (R*omega_m)/Vwind; % 叶尖速比

转矩控制器通常跟踪最大功率点(MPPT),在低于额定风速时让转速随风速变化,维持最优叶尖速比。这个环一般放在外环,给出转矩指令或转速指令。

DFIG仿真:首先,给出了感应电机在dq域的详细数学模型然后,根据双馈风力发电机的特点,对一般的数学模型进行了修正,给出了双馈风力发电机的矢量控制模型然后给出了风力发电机及其转矩控制器的基本模型最后,为了检验所设计控制器的性能,进行了一组仿真 有说明书,英文版

仿真搭建完了总得看看行不行。我习惯先做阶跃响应测试,比如风速突然变化,或者无功指令跳变。看转子电流能不能快速跟住,直流母线电压稳不稳,电网侧有没有谐波放大。

有一次仿真发现电网电压跌落时转子电流飙得太高,检查发现是电流内环 PI 参数在高转差时带宽不够,后来改成了变参数设计,根据转差频率调整 PI 系数,效果就好多了。

仿真调得差不多,就可以试试更复杂的场景,比如电网对称/不对称故障、低电压穿越。这时候光靠矢量控制可能不够,得加些辅助策略,比如 demagnetizing current injection(去磁电流注入)。

代码和模型只是工具,背后的物理才是关键。比如为什么转子侧控制有功无功,电网侧变流器通常就控直流母线电压和电网无功?因为能量最终要从定子侧和转子侧一起流出去,直流母线相当于一个缓冲水池,水池的水位(电压)稳了,两侧的功率才能协调。

说明书虽然是英文的,但核心就那么几页:模型方程、控制框图、参数列表。仿真的时候先确保稳态工作点算对了,再去看动态。有时候仿真发散,不是因为控制逻辑错,而是初始值设得离稳态太远,数值积分直接崩了。

好了,模型、控制、仿真、调试,大概就是这么个循环。调完一遍,再看那些论文里的波形图,就知道哪些是“艺术照”,哪些是真能用的了。

http://www.jsqmd.com/news/530957/

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