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MATLAB中双馈发电机与无刷双馈发电机低电压穿越的异同分析

news 2025/10/17 9:38:10

一、核心模型构建差异

双馈发电机（DFIG）仿真模型
- 结构建模：
  - 定子直接连接电网，转子通过滑环与背靠背变流器连接（转子侧变流器+电网侧变流器）。
  - 需配置Crowbar电路模块（如电阻-电感串联）模拟故障保护。
- 关键参数：
  - 转子侧变流器容量（通常为额定功率的30%-40%）
  - Crowbar电阻值（需根据转子电流峰值计算，如公式：Rcb=Irotor_maxVdc）
无刷双馈发电机（BLDFIG）仿真模型
- 结构建模：
  - 定子含功率绕组（直接并网）和控制绕组（连接变流器），转子为鼠笼或磁阻结构。
  - 无需滑环和电刷，简化机械模型。
- 关键参数：
  - 控制绕组变流器容量（通常为额定功率的20%-30%）
  - 磁链观测器参数（如滑模观测器带宽）

二、低电压穿越策略对比

策略维度	双馈发电机（DFIG）	无刷双馈发电机（BLDFIG）
电流抑制方法	转子侧Crowbar电路+动态变流器调节	控制绕组磁链跟踪+直接功率控制
控制算法复杂度	高（需协调转子/电网侧变流器）	中（仅需控制绕组变流器）
硬件依赖	依赖机械部件（滑环/电刷）	无机械接触，可靠性更高
仿真模块差异	需集成转子侧变流器模型（如三相四桥臂逆变器）	需构建双绕组定子模型（功率绕组+控制绕组）

三、MATLAB仿真实现对比

双馈发电机LVRT仿真流程

% 关键步骤（基于SimPowerSystems）
1. 搭建DFIG模型：定子-转子-变流器拓扑
2. 配置Crowbar电路：电阻值计算（参考）
3. 设置电压跌落场景：三相短路故障（如0.2s时电压跌至0.3pu）
4. 控制策略：转子侧变流器动态调节+Crowbar触发逻辑
5. 结果分析：转子电流峰值、直流母线电压波动

无刷双馈发电机LVRT仿真流程

% 关键步骤（基于Simscape Electrical）
1. 搭建BLDFIG模型：功率绕组（电网侧）+控制绕组（变流器侧）
2. 设计磁链观测器：扩展反电动势观测法（EEEMF）
3. 配置直接功率控制（DPC）：参考的积分滑模算法
4. 电压跌落测试：单相接地故障（如0.15s时电压跌至0.4pu）
5. 结果分析：控制绕组电流谐波、功率波动抑制

四、性能指标对比（仿真数据）

指标	双馈发电机（DFIG）	无刷双馈发电机（BLDFIG）
转子电流峰值	3.2 pu（无Crowbar）	1.8 pu（磁链跟踪控制）
直流母线波动	±15% V_dc	±8% V_dc
故障恢复时间	1.2 s（需Crowbar复位）	0.8 s（自适应控制）
谐波畸变率	THD=8.7%（电网侧）	THD=5.2%（控制绕组侧）

五、典型MATLAB代码片段对比

双馈发电机Crowbar触发逻辑

% 电压跌落检测与Crowbar控制
function [R_cb, trigger] = crowbar_logic(V_grid, t)V_threshold = 0.3; % 触发阈值（pu）if V_grid < V_thresholdR_cb = 0.12; % 投入电阻值（Ω）trigger = 1;elseR_cb = inf;  % 退出Crowbartrigger = 0;end
end

无刷双馈发电机磁链跟踪控制

% 磁链观测器实现（滑模控制）
function [lambda_hat] = flux_observer(i_s, omega, lambda_ref)% 参数定义L_s = 0.3;    % 定子电感（H）R_s = 0.015;  % 定子电阻（Ω）K = 0.05;     % 滑模增益% 滑模面设计s = lambda_ref - L_s*i_s + K*sign(s_prev);% 观测器更新lambda_hat = L_s*i_s + s;s_prev = s;
end