2 双馈风力发电机组的建模与仿真

2。1 双馈风力发电机组的基本原理

双馈异步发电机是由普通绕线式异步电机和联接在转、定子之间的双PWM变频器及其控制系统组合而成。其转子绕组通过双PWM变频器与电网系统相联，定子绕组直接与电网系统相联。双馈异步型风力发电机组的主要结构组成如图2-1所示，包含风力机、双馈风力发电机和双PWM变频器等。

图2-1 双馈型风力发电机的模型组成图

由图2-1可明显看出，双馈风机与普通的异步发电机区别在于双馈风机转子的三相绕组通过电压源变流器和电网相联，且定、转子绕组都可与电网进行能量交换，因此称为双馈发电机。其中，两组电压源型PWM变频器组成背靠背电压源变流器，并基于PWM变频器与风电系统的联结位置区分为转子侧变换器和网侧变换器。网侧变换器可以调控直流母线电压稳定及确保功率因数满足实际工程需求；转子侧变换器是用于调节有功功率，通过调节转子转速实现最大风能追踪，并为转子回路提供励磁，同时调节无功功率。

由双馈异步风力发电机的工作原理可得下列关系[13]：

式中，为定子电流频率，；为发电机转速，；为电机的极对数；为转子电流频率，。

由式（2-1）分析表明：当发电机转速变化时，如若调控转子电流频率，将频率等于双馈电机转差频率的电流流入转子绕组，则可使定子电流频率保持与电网工频相同，从而使双馈风电机能够运行在变速恒频的模式。来:自[优E尔L论W文W网www.youerw.com +QQ752018766-

2。2 双馈风力发电机的功率关系

由2。1节的分析可知，双馈风力发电机能运行在超同步模式和次同步模式。不同的运行工况导致双馈风力发电机不同的功率关系，下面结合图2-2，对发电机的有功功率和无功功率传递关系进行探究[1]。

图2-2 双馈风机的功率传递图

A 有功功率传递关系：

若不计两侧变换器的功耗，假定电网向网侧变换器输送的有功功率是，传递到直流电容端的网侧功率仍是，其中供给直流电容回路一部分功率，则转子变换器接收的剩余功率是，即是传递到转子绕组上的有功功率，根据定子功率和转子功率的关系有，定子侧送出有功功率为，稳态时直流电容电压恒定不变，有，整个发电系统供给电网的有功功率是，表转差。

B 无功功率传递途径：

网侧功率变换器根据其给定参考值，从电网吸收的无功功率，转子侧变换器根据给定参考值，向转子绕组供给的无功功率，同时向发电机定子侧输送无功功率，则整个发电机组系统供给电网的无功功率为。

当时，双馈电机工作在次同步状态，，，定子侧向电网输送有功功率，电网向转子电路输送有功功率；当时，双馈电机工作在超同步状态，，，定子侧向电网提供有功功率，转子电路向电网提供有功功率；当时，双馈风机工作在同步状态，转子侧与电网没有功率交换。