双馈风机DFIG低电压穿越MATLAB仿真探究

双馈风机 DFIG 低电压穿越 MATLAB仿真模型simulink LVRT 双馈异步风力Crowbar电路波形如图 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采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。在风力发电领域双馈异步风力发电机DFIG因其独特优势得到广泛应用。然而电网电压跌落问题对其稳定运行构成挑战因此低电压穿越LVRT技术至关重要。今天咱们就聊聊基于MATLAB/Simulink搭建的DFIG低电压穿越仿真模型其中Crowbar电路在LVRT过程中扮演关键角色。一、转子侧变换器控制策略转子侧变换器采用基于定子电压定向的矢量控制策略实现有功无功解耦还具备最大功率点跟踪MPPT能力采用功率外环电流内环双闭环控制结构。双馈风机 DFIG 低电压穿越 MATLAB仿真模型simulink LVRT 双馈异步风力Crowbar电路波形如图 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采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。来看段简单代码示例以下代码仅为示意关键部分逻辑非完整可运行代码% 功率外环控制 P_ref mppt_function(...); % 通过MPPT算法得到有功功率参考值 Q_ref 0; % 无功功率参考值可按需设置 e [P_ref - P_measured; Q_ref - Q_measured]; % 功率误差 de [e(1) - e_prev(1); e(2) - e_prev(2)]; % 误差变化率 P_Q_out pi_controller(e, de, kp_PQ, ki_PQ); % 功率外环PI控制器输出 % 电流内环控制 i_d_ref P_Q_out(1); i_q_ref P_Q_out(2); e_i [i_d_ref - i_d_measured; i_q_ref - i_q_measured]; de_i [e_i(1) - e_i_prev(1); e_i(2) - e_i_prev(2)]; u_dq_out pi_controller(e_i, de_i, kp_i, ki_i); % 电流内环PI控制器输出在这段代码里首先通过MPPT算法获取有功功率参考值Pref设定无功功率参考值Qref。计算功率误差e及其变化率de经功率外环PI控制器得到输出PQout。这PQout又作为电流内环的参考值idref和iqref再次计算电流误差ei及其变化率dei最后经电流内环PI控制器得出最终输出udqout。通过这样的双闭环控制能让转子侧变换器精确跟踪功率参考值实现有功无功解耦控制。二、网侧变换器控制策略网侧采用电网电压定向的矢量控制策略采用电压外环电流内环控制目的是保持直流母线电压稳定并使输入功率因数为1。% 电压外环控制 Vdc_ref 1000; % 直流母线电压参考值 e_Vdc Vdc_ref - Vdc_measured; de_Vdc e_Vdc - e_Vdc_prev; i_dc_ref pi_controller(e_Vdc, de_Vdc, kp_Vdc, ki_Vdc); % 电压外环PI控制器输出作为电流内环d轴参考值 % 电流内环控制 i_q_ref 0; % q轴电流参考值为0以保证功率因数为1 e_i [i_dc_ref - i_d_measured; i_q_ref - i_q_measured]; de_i [e_i(1) - e_i_prev(1); e_i(2) - e_i_prev(2)]; u_dq_out pi_controller(e_i, de_i, kp_i, ki_i); % 电流内环PI控制器输出代码中设定直流母线电压参考值Vdcref计算电压误差eVdc及其变化率deVdc经电压外环PI控制器得到电流内环d轴参考值idcref。q轴电流参考值设为0以确保功率因数为1。再通过电流内环PI控制器得到最终输出udq_out实现对网侧变换器的精确控制维持直流母线电压稳定。三、Crowbar电路Crowbar电路在低电压穿越中是保护DFIG的重要防线。当检测到电网电压跌落Crowbar电路迅速动作将转子侧短接避免转子过流对变换器造成损坏。其动作逻辑可以简单用如下代码示意if V_grid V_fall_threshold % 检测电网电压是否低于跌落阈值 crowbar_status 1; % 启动Crowbar电路 else crowbar_status 0; % 关闭Crowbar电路 end当电网电压Vgrid低于设定的跌落阈值Vfallthreshold就将crowbarstatus置为1启动Crowbar电路否则关闭。通过上述控制策略和Crowbar电路的协同作用利用MATLAB/Simulink搭建的DFIG低电压穿越仿真模型能有效模拟实际运行情况从给出的波形可直观看到系统在电压跌落及恢复过程中的各项电气量变化为进一步优化DFIG的低电压穿越性能提供有力依据。