摘要：双馈感应发电机（DFIG）系统是一种应用广泛的拓扑，通过电力电子接口控制转子电流，实现变速运行，从而在变化的风速下捕获最大风能。由于变流器仅处理转子功率（通常不超过总输出功率的25%），DFIG 在实现转速调节的同时，还能降低成本与损耗。本PLECS 演示模型

双馈感应发电机（DFIG）系统是一种应用广泛的拓扑，通过电力电子接口控制转子电流，实现变速运行，从而在变化的风速下捕获最大风能。由于变流器仅处理转子功率（通常不超过总输出功率的25%），DFIG 在实现转速调节的同时，还能降低成本与损耗。本PLECS 演示模型展示了一套并网风力发电系统，全面运用了PLECS的所有物理建模域：包括叶片、轮毂与传动轴的机械模型；含热损耗计算的双向转换器；三相变压器的磁模型；以及输电线路和电网。

电源电路

电力电路由一个DFIG组成，其定子通过变压器直接连接到电网，而转子绕组则通过滑环连接到背靠背转换器。转换器的电网侧连接到变压器的第三绕组，该绕组通过一条长20km的电缆将产生的电力馈入10kv中压电网。输电线路采用分布参数线路元件建模。

机械转动系统

风力机的转子、齿轮箱、轮毂和叶片共同构成机械部分，它们之间为弹性联接，因而会在系统中引入谐振振荡。

作用在叶片上的风扭矩值来自一张查找表，该表的数值随风速与轴转速（已折算至齿轮箱高速侧）变化而变化。

磁性变压器电路

三绕组变压器采用 PLECS 磁性元件库中的原始组件构建。与传统的纯电气等效电路模型相比，这种基于磁路结构的建模方式更加直观，并且可以直接在三柱铁芯中引入饱和、磁滞等非线性效应的复杂建模。

控制

背靠背变流器分为机侧和电网侧两部分，两者通过直流母线电容相连。

机侧变流器采用双闭环结构对DFIG的电磁转矩（进而对转速）进行调节：外环为转速环，输出作为内环电流环的参考；电流控制在以定子磁链为定向的旋转坐标系（d-q）下完成。此外，机侧变流器还负责调节DFIG的无功功率输出。

电网侧变流器通过LCL滤波器把机侧变流器送来的有功功率并网，同时将直流母线电压维持在950 VDC。电网侧控制器在PI调节器中采用了主动阻尼、前馈及积分抗饱和等措施，调制方式采用空间矢量 PWM（SVPWM）。

热建模

转换器模型可以在“平均模型”或“带热切换模型”配置中进行仿真。在平均转换器模型中，开关频率中没有谐波分量存在，简化提供了改进的仿真速度。在切换模型中，可以研究IGBT的传导损耗和开关损耗以及冷却系统的影响。

仿真

随着仿真启动，DFIG以同步速度运行。在t=3秒时，速度参考信号从157弧度/秒跳变到175弧度/秒（-10%滑差率），以跟踪2兆瓦的峰值功率输出。然后，在系统进入新的平衡状态后不久，在t=12秒时，10 kv强电网发生电压骤降。这个故障被建模为德国电网代码2007定义的最坏情况下的边界条件。由于故障，可以观察到电气和机械系统中都出现了高频振荡的瞬态。电网电压恢复后，系统返回到其稳态。

本应用示例的演示模型已在PLECS Blockset与PLECS Standalone中同时提供。

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来源：科学软件网