直驱永磁风机并网chopper低电压穿越 可调节电网，交流断路器，LCL 滤波器，网侧变换器，Chopper，直流电容，机 侧变换器，风力发电机（包括机械部分的模型）

Matlab simulink仿真，直驱永磁风机并网chopper低电压穿越，版本matlab2018a

直驱风力发电系统 MATLAB 仿真说明

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1 MATLAB 仿真模型

直驱风力发电系统 MATLAB 仿真模型如图 1 所示，主电路从左到右包括：

可调节电网，交流断路器，LCL 滤波器，网侧变换器，Chopper，直流电容，机

侧变换器，风力发电机（包括机械部分的模型）。控制及信号处理部分包括：电

机参数测量，机侧变换器控制，网侧变换器控制，LVRT 控制，风速模拟等部分。

相对原模型，增加了以下功能：

 网侧控制增加解耦环节，机侧网侧均做到双闭环解耦控制

 增加 PMSG 的并网启动过程

 LVRT 功能

 机侧变换器 MPPT 功能

 波形集中在一个模块（sink）中显示

系统模型参数说明

模型主要参数如下：

控制单元介绍

3.1 机侧控制

内外双环控制，增加 MPPT 功能。对于发电机采用零 d 轴电流（ZDC）控

制，MPPT 采用最优转矩（OTC）控制。MPPT 模块根据风机转速，通过 OTC

算法，得到转矩指令值，由转矩指令值再计算得到 q 轴电流指令值。

3.2 网侧控制

网侧控制分为脱网控制和并网控制，采用不同的模块实现。

脱网控制采用闭环无源逆变控制算法，根据电网电压控制变换器输出电压，

使两者尽量一致，为并网做准备。

并网控制采用双闭环解耦控制，对直流电压和无功功率可单独控制。

3.3 LVRT 控制

采用 Chopper 电路来实现 LVRT，对直流电压的进行监测，当直流电压超过

限值时，触发 Chopper 中的 IGBT 泄放直流母线的能量。

4 仿真结果

为验证各功能，仿真流程设置如下：

1. 初始风速为 0，机侧变换器运行，网侧变换器脱网方式运行；

2. 0.001s 风速跳变到 8m/s；

3. 0.15s 交流断路器合闸，开始并网运行；

4. 0.2s 风速跳变到 12m/s（1pu）；

5. 0.4s 交流电压跌落到 0.2pu；

6. 0.6s 仿真结束。

附图 1-图 3 为全部仿真波形。

4.1 脱网运行控制

0.15s 前系统脱网运行，网侧控制器采用闭环无源逆变控制算法。图 5 为断

路器两侧电压和交流电流波形。0.1s 左右，断路器两侧电压已经调整得较为接近，

0.15s 断路器合闸，交流冲击电流较小。

4.2 MPPT 最大风能跟踪

根据参数设置，风速为 12m/s(1pu)时，最大机械功率为 0.81pu，风速为 8m/s

（0.67pu）时，最大机械功率为 0.205。

由附图 1 可见，风速 0.2s 之前为 8m/s，0.2s 后为 12m/s，风机机械功率均能

调整到最大功率点附近。

4.3 LVRT 低电压穿越

附图 2 中可见，在 0.4s 交流电压跌落到 0.2pu，交流电流变大，直流电压上

升至 2000V（Chopper 控制器限值）左右后不再上升，并且可持续运行，经仿真

验证，可承受超过 2s 的跌落时间。

全部仿真波形

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