1、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)

雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)（DFIG）是一種繞線式感應(yīng)發(fā)電機(jī)，是變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部分。DFIG主要由兩大部分組成，分別是冷卻系統(tǒng)和本體：本體的組成是定子、轉(zhuǎn)子以及軸承，而冷卻系統(tǒng)則分為空空冷、水冷和空水冷三類結(jié)構(gòu)。

DFIG為何稱為“雙饋”發(fā)電機(jī)：

（1）發(fā)電機(jī)其中的定子和轉(zhuǎn)子側(cè)都參與到了電網(wǎng)輸電的過程中；

（2）實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的有功功率以及無功功率進(jìn)行單獨(dú)的調(diào)節(jié)，對(duì)電網(wǎng)實(shí)施無功補(bǔ)償；

（3）DFIG同時(shí)囊括了異步和同步發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)。

2、雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型

DFIG風(fēng)電系統(tǒng)由電氣子系統(tǒng)以及機(jī)械子系統(tǒng)兩大核心構(gòu)成。機(jī)械子系統(tǒng)是由齒輪箱、風(fēng)機(jī)以及部分組件組成的；而電氣子系統(tǒng)由網(wǎng)側(cè)和機(jī)側(cè)這兩部分組成。網(wǎng)側(cè)包含網(wǎng)側(cè)變換器、電網(wǎng)等，機(jī)側(cè)包含DFIG發(fā)電機(jī)以及機(jī)側(cè)變換器。DFIG系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

首先在對(duì)DFIG進(jìn)行建模之前，我們需先完成DFIG正方向慣例的參數(shù)設(shè)定，本文選取電壓降落的方向作為電流的正方向。為了達(dá)到數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化，可以假定以下幾點(diǎn)：

（1）不考慮空間諧波的情況，設(shè)發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子三相繞組對(duì)稱分布雜在空間上，它們之間相差120角度，氣隙磁場(chǎng)呈正弦規(guī)律分布。

（2）不考慮鐵耗以及磁路的非線性，假定繞組的自感和互感是與磁路工作點(diǎn)有關(guān)的恒定值，也不考慮頻率和溫度變化對(duì)DFIG風(fēng)電系統(tǒng)參數(shù)的影響。

（3）以定子側(cè)為參考，將轉(zhuǎn)子的參數(shù)均歸算至定子側(cè)，定、轉(zhuǎn)子繞組歸算后的有用匝數(shù)相同。

DFIG仿真模型如下所示：

帶轉(zhuǎn)子電壓補(bǔ)償?shù)碾p饋發(fā)電機(jī)控制器模型：

風(fēng)力發(fā)電模型：

DFIG+Wind組合模型如下圖所示：

3、仿真分析

%% 初始化
clear; clc;
%% DFIG參數(shù)設(shè)置
f_rated = 60;         % 額定頻率 Hz
w_syn = 2*pi*f_rated; % 同步電轉(zhuǎn)速 rad/s
V_ll_rated = 690;     % 額定線電壓 V
p = 6;                % 極點(diǎn)數(shù)
s = 0.01;             % 滑移率
J = 70;               % 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg*m^2
R_s = 2e-3;           % 定子下標(biāo)s（stator） Ohm
R_r = 1.5e-3;         % 轉(zhuǎn)子下標(biāo)r（rotor）  Ohm
X_ls = 50e-3;         
X_lr = 47e-3;
X_m = 860e-3;         
L_ls = X_ls/w_syn;    % H
L_lr = X_lr/w_syn;
L_m  = X_m /w_syn;
L_s  = L_ls+L_m;
L_r  = L_lr+L_m;
tau_r = L_r/R_r;           % 轉(zhuǎn)子繞組時(shí)間常數(shù)
sigma = 1-L_m^2/(L_s*L_r); 
%% DFIG 的初始（額定）條件
% 額定（滿）負(fù)載下的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速
w_mech_rated = (1-s)*w_syn/(p/2); 
% 額定定子電流 A
I_s_rated = V_ll_rated/sqrt(3) / (R_s + j*X_ls + j*X_m*(R_r/s+j*X_lr)/(j*X_m+R_r/s+j*X_lr));
% 額定轉(zhuǎn)子電流 A
I_r_rated = -I_s_rated*j*X_m/(j*X_m+R_r/s+j*X_lr);
% 額定扭矩
T_em_rated = (3*abs(I_r_rated)^2*R_r*(1-s)/s) / w_mech_rated;
T_load_rated = T_em_rated;
% dq 域中的電壓
V_sd_rated = V_ll_rated;
V_rd_rated = 0;
V_rq_rated = 0;
% dq 域中的定子電流
I_sd_rated = sqrt(3)*real(I_s_rated);
I_sq_rated = sqrt(3)*imag(I_s_rated);
% dq 域中的轉(zhuǎn)子電流
I_rd_rated = sqrt(3)*real(I_r_rated);
I_rq_rated = sqrt(3)*imag(I_r_rated);
% Rated Qs
Q_s_rated = (V_sd_rated)^2/(w_syn*L_s)+(L_m/L_s)*V_sd_rated*I_rq_rated;
% 額定流量
fl_sd_rated = L_s*I_sd_rated + L_m*I_rd_rated;
fl_sq_rated = L_s*I_sq_rated + L_m*I_rq_rated;
fl_rd_rated = L_m*I_sd_rated + L_r*I_rd_rated;
fl_rq_rated = L_m*I_sq_rated + L_r*I_rq_rated;
%% 風(fēng)機(jī)參數(shù)
A = 3904;            % 面積 m^2
R = 70.5/2;          % 轉(zhuǎn)子半徑 m
J_turb = 2.4*10^6;   % 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg * m^2
rho = 1.2;           % 空氣密度
v_wind = [12; 9; 6]; % 風(fēng)速 m/s

由上圖可以看出，搭建的Simulink模型能很好的顯示出DFIG風(fēng)電機(jī)組工作在理想電網(wǎng)電壓工況狀態(tài)下。