无刷双馈风力发电机matlab建模与仿真分析

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1、内蒙古电力技术10!堕塑垦丛Q堕鱼Q兰!垒里兰里里!垦!竺里Q!蟹坠!QQ!笙笙兰Z堂笙!塑无刷双馈风力发电机的Matlab建模和仿真分析EstablishmentofMatlabModelanditsEmulationAnalysistoBrushlessDoubleFedWindGenerators。。罗林。张桂怀(1．内蒙古工业大学，内蒙古呼和浩特010051；2．内蒙古电力科学研究院，内蒙古呼和浩特010020)无刷双馈异步风力发电机的结构及其发电调速原理从无刷双馈电机的基【摘要1介绍了。-模型本方程出发，通过坐标变

2、换，建立了无刷双馈电机在转子旋转坐标系下的dq．并进行了Matlal，建模和仿真、、仿真结果验证了模型的正确性，可作为无刷双馈异步风力发电机变速恒频发电控制研究的参考一，同时对于风电场的运行和维护人员也有定的指导意义。『关键词1无刷双馈电机；变速恒频；仿真；风力发电『中图分类号1TM614I文献标识码】A『文章编号11008—6218(2009)03一0010—050引言笼型转子式电机，也是本文所研究的电机。其原理结旧】构可看作是2台绕线式异步电机级联的系统，如近几年，在我国风力资源丰富的地区已建成许图l所示。多大规模的风电

3、场。由于双馈式异步发电机具有变速恒频、变流器容量小等优点，国内外大容量风力发IiIi电机基本上采用双馈式异步发电机。而无刷双馈电l双PwM变频器A机(以下简称BDFM)由于具有结构简单、无电刷、滑．，环，基本上不需要维护等特点，正成为变速恒频风力LA弄≥一工【lI以在无刷的情况下使用畎发电机的主要机型。它可<+PWM整流一PWM逆变(双PWM变频器)实现双馈qqC—1EJ_，，，。。发电，且在运行时由于所需要的变频容量小，降低了JJ功率侧乙JJ准制侧、转双PWM的成本。因此，分析研究BDFM的结构原理子联和运行特性对于改进风

4、力发电机技术以及提高运行轴器和维护水平都具有重要的意义。1无尉双馈异步风力发电机的结构及其调图I无刷双馈电机原理图速和恒菝发电原理级联式无刷双馈电机有2套定子绕组和2套转1．1基本原理结构子绕组。为了区别，2台电机分别称为功率电机(尸pBDFM是从级联感应电机基础上发展而来的，对级)、控制电机(P对级)。2电机的转子绕组反相[41其运行原理与通用电机有较大区别：BDFM转子分序连接，转子轴机械相连，与外部风车直接相连或一BDFM指的是通过联轴器驱动设备l套接频率为为笼型转子和磁阻转子，般所说的。2套定子绕组，【收稿日期120

5、09-03—161982-)要研究方向为电机及其控制和风力发【作者简介】罗#(，男，重庆人，学士学位，内蒙古工业大学在读硕士研究生，主电技术。2009年第27卷第3期内蒙古电力技术的工频电源，称功率绕组；另l套接变频器，称为．‘功率绕组控制绕组控制绕组，其电流频率为。此种结构省去了电刷和．f滑环．不仅增强了系统的可靠性，而且减小了变频器的容量。本文中采用的下角标号意义：P为功率侧，c为控制侧，S为定子侧，r为转子侧。1．2运行原理电机定子侧功率绕组直接接到工频电源上，而控制绕组通过变频器连接到电源上，通过控制绕组的电压幅值和

6、频率即可分别实现BDFM的异步、同图2各旋转磁场之间的关系[al1所示的原步、双馈和变速恒频发电运行。根据图理图可进一步得到BDFM在双馈稳定运行时的各旋转磁场之间的关系，如图2所示。变速恒频双馈风力发电整体系统机构如图3所示。由电机的基本理论可知．功率绕组和控制绕组在转子中感应的电流角频率分别为：(c，刮-∞1P，ppP，，()∞=±c￡J0∞2)，(。，，-p。。∞一功率的旋转角速度∞=2rr式中，f，，，,,仞一60一定子绕组的旋转角速度=2，(cJ硕加0。。图3变速恒频双馈风力发电系统结构圈∞一转子旋转角速度，。无刷

7、双馈电机在双馈稳定运行时，转子导条上同理，由式(4)可得：只有1种电流，并且此2定子磁场在转子中感应出丛：±。(5)。’。、～‘，”’牲60的电流频率应该相同=∞，即甜因此有：。。由(5)式可看出，当与风车相连的电机转子转速变化∞-∞=±∞∞3)。p。．，，印，，，(时，只要控制励磁绕组的输入电流频率，即可使发电则电机双馈稳定运行时的转速为：机输出电压频率不变，从而实现变速恒频发电运行，：=—鱼—竺盟—堑—一!“”“”几．1(斗4)J一‘其中在超同步运行时取号，亚同步运行时取+P。+p。“”号。式中±取决于2台电机的定、转子

8、相对相序：当功“”率绕组电源和控制绕组电源相序相同时取+，反“”2姗的转子速d_q坐标系模基之则取一。当时的转速称为自然同步速，当取正号时，称为超同步运行，取负号时称为亚同步运行。当控制绕组的频率和电压都取“0”时BDFM在机械转子d-q坐标系下(电动机惯例)，即控制绕组短接旧建立的电压方