基于MATLAB 2MW双馈风力发电机仿真研究.pdf

收稿日期：基金项目：江西省教育厅科学技术研究项目（）作者简介：周平（），男，山东文登人，教授，高级工程师，研究方向为机电工程及能源动力。基于 双馈风力发电机仿真研究周平，夏永坤（江西工程学院，江西 新余 ）摘要：分析双馈风力发电机运行特性，采用最佳叶尖速比可实现最大功率跟踪；在 实现双馈风力发电机建模及仿真分析，得到双馈风力发电机运行时的电流、电压、有功功率、转速、无功功率等参数输出波形。结果表明：采用最佳叶尖速比时双馈风力发电机在外界变风速环境影响下，可以捕获到最大风能且过程稳定响应快。关键词：双馈风力发电机；最佳叶尖速比；仿真分析中图分类号：文献标识码：文章编号：（）：，（，）：；，：；引言双馈风力发电机是风力发电常用的机型，随着风力发电技术不断发展，对风能利用率最大化的追求也在不断增加 。但由于风能的波动性、间歇性、随机性等因素的影响，双馈风力发电机运行中功率、电压等工作参数可能会出现波动不稳定情况 ，因此本文开展在变风速环境中双馈风力发电机稳定运行、输出功率最高的仿真研究，对于双馈风力发电机的高效应用具有重要意义。风力发电运行特性由贝兹理论双馈风力发电功率的计算公式如下：（）式中 为风能利用系数，为风速，为扫风面积，为空气密度。由式（）可知，风能利用系数 和功率成正比。叶尖速比 计算公式如下：（）式中 为叶片半径。根据经验公式，风能利用系数计算如下：（，）（）（）式中 为桨距角，为叶尖速比。第 卷第 期 黄河科技学院学报 年 月 根据风能利用系数、叶尖速比 和桨距角 函数关系，利用 绘制曲线可视化地描述 个参数的关系，如图 所示。图 风能利用系数特性曲线由图 可知在浆距角 为 时风能利用系数最大；结合计算公式（）可知当浆距角 为 时，通过调节双馈风力发电机转速 ，存在最佳叶尖速比 使得 最大，使双馈风力发电机有最大发电功率，实现最大功率点跟踪。仿真及结果分析 参数设定根据浙江省舟山某风电场的相关资料和数据，通过风力发电机数学模型得到 特性曲线如图 所示，由图 可知最佳叶尖速比 ，对应最大风能利用系数 。的双馈风力发电机主要参数如表 所示。双馈风力发电机仿真模型根据表 参数及最佳叶尖速比 、最大风能利用系数 ，调用 中电源子库中电压 、相角 、频率 三相可编程电压源模块，以及电力电子库中的三相互感器模块、三相变压器模块、三相 型输电线路模块、接地变压器模块等仿真模块，建立如图 的双馈风力发电机仿真模型。图 特性曲线图表 双馈风力发电机组主要参数参数名称数值单位叶片数目齿轮箱传动比 额定输出功率 风轮直径 扫风面积 轮毂高度 切入风速 切出风速 额定风速 风轮额定转速 发电机额定转速 发电机额定电压 发电机额定功率 图 双馈风力发电机仿真模型周平，等：基于 双馈风力发电机仿真研究 仿真结果分析在外界变风速环境下，设风速的初始值为 ，额定风速为 ，切出风速为 ，设置仿真时间为 进行仿真试验，通过 仿真平台的示波器，得到 双馈风力发电机的电流、电压、转速、有功功率和无功功率输出波形，如图 图 所示。图 电机侧变流器三相电压电流输出波形图 网测变流器三相电压电流输出波形图 转速输出波形黄河科技学院学报图 有功功率输出波形图 无功功率输出波形由图 图 可知，双馈风力发电机随着风速的变化，有功功率呈现先上升后再平稳下降最后逐渐稳定的状态，无功功率呈现先下降后上升再逐渐稳定于 的状态，转速逐渐上升再下降最后趋于稳定，总体保持一定稳定性，说明双馈风力发电机有功、无功的解耦控制效果良好。风速变化时双馈风力发电机输出功率和转速都能保持相对稳定。随着风速的增加，有功分量的网测变流器三相电流随着有功功率稳定增加而缓慢增加，同时相应的电机侧变流器三相电流也逐渐增加。结论通过 对双馈风力发电机建模仿真，得出 双馈风力发电机电机侧变流器三相电压电流、网侧变流器三相电压电流、有功功率、转速、无功功率相关输出波形，仿真结果表明在外界变风速环境影响下，可实现最大风能追踪运行，整个过程整体稳定且响应快。参考文献：刘波，贺志佳，金昊 风力发电现状与发展趋势 东北电力大学学报，（）：吴晓月，王冰，陈玉全，等 基于扰动观测器的双馈风电机组最优复合反馈控制研究 微电机，（）：张若微，秦博宇，李恒毅，等 基于干扰抑制的双馈风机低电压穿越 控 制 策 略 电力系统自动化，（）：詹锦，陈波，熊永新，等 利用调相机提升送端双馈风机高电压穿越能力的协调控制 电力系统保护与控制，（）：何廷一，李胜男，黄伟，等 基于实测参数辨识的双馈风机机电暂态建模研究 云南电力技术，（）：许佳妮，高峰 基于最佳叶尖速比的风电机组静态偏航误差分析及检测方法 电力科学与工程，（）：周平，等：基于 双馈风力发电机仿真研究