直驱式永磁同步风电机组并网仿真分析

直驱式永磁同步风电系统并网仿真模型如图4-7所示，永磁同步发电系统模型的额定风速为11.5m/s，发电机额定功率为1.5MW，端电压为690V，额定机械角速度为3.1rad/s。设定风电机组风轮的半径R=31m，PWM开关频率为5kHz，电网电压等级为690V。最佳叶尖速比λ=8.1，C_pmax=0.48，给定风速为10～11.5m/s的阶跃信号，2.0s时发生跃变，3.5s时给网侧提供0.35pu的无功功率。

发电机侧仿真波形如图4-8所示，风速1.5s时从10m/s跃变到11.5m/s，最佳叶尖速比λ的值在2s时突然下降，但很快恢复保持稳定。由最佳叶尖速比

图4-7 直驱式永磁同步风电系统并网仿真模型

公式λ=ωR/v可知，风速与λ值成反比，所以会突然下降，但通过机侧控制器快速调节发电机的转速，如图4-8a所示，使得风电机组保持在最佳运行状态；C_p（β，λ）是桨距角和最佳叶尖速比λ的函数，当桨距角β一定，λ减小时，C_p也将会减小，如图4-8b所示；发电机机械转速能快速跟踪参考值如图4-8c所示；图4-8d和图4-8e为发电机的三相电压和三相电流的变化；从图4-8f、g中可以看到控制发电机侧i_q就能控制机侧有功的输出。

图4-8 发电机侧仿真波形

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图4-8 发电机侧仿真波形（续）

从网侧变流器控制仿真结果可知，实现了有功功率和无功功率的解耦控制风速为阶跃信号在2s时由原来的10.0m/s变化到11.5m/s时，网侧变流器提供给电网的有功功率P从原来的0.62Pu增加到额定功率，无功功率Q虽然有波动但很快恢复为零，如图4-9a所示；当3.5s时，网侧变流器给电网提供0.35Pu的无功功率，此时，网侧有功功率P有波动，但也能很快恢复，如图4-9a所示；从图4-9a、b所示，可以得知，控制电网侧dq0坐标系下i_d和i_q电流的大小就能控制网侧有功与无功功率的大小；图4-9c为网侧的三相电流波形图变化情况；如图4-9d所示，网侧变换保持了直流侧电压的稳定；同时，网侧变流器实现了电网侧有功功率与无功功率的解耦控制。

图4-9 网侧仿真波形

图4-9 网侧仿真波形（续）