基于DFIG的分布式风力发电仿真修复系统

资 源 简 介

本项目针对分布式资源应用库中风力发电场DFIG详细模型由于缺少初始状态向量定义（缺失.MAT关联文件）而无法正常启动仿真的问题，提供了完整的解决方案。 系统重新构建了双馈感应发电机的电磁暂态模型，并开发了配套的稳态初始化计算脚本。

详 情 说 明

基于双馈感应发电机（DFIG）的分布式风力发电场仿真修复系统

项目介绍

本项目旨在解决分布式资源应用库中，双馈感应发电机（DFIG）详细模型因缺少初始状态向量定义文件而导致的仿真启动失败问题。系统通过重新构建DFIG的电磁暂态数学模型，并配套开发了一套严谨的稳态初始化计算算法，能够自动推导并标定发电机在特定工况下的初始状态，确保仿真从稳态点平滑启动，有效消除启动瞬间的数值冲击。

功能特性

1. 自动初始化标定：系统能够根据给定的风速、有功功率和无功功率目标值，自动计算转子电流、定子磁链及滑差的稳态初值。
2. 完整电磁暂态建模：实现了基于D-Q坐标系的DFIG五阶电磁暂态微分方程，涵盖定子磁链动态、转子电流动态以及转速动态。
3. 双侧变换器协同控制：集成了转子侧变换器（RSC）的有功/无功解耦控制与网侧变换器（GSC）的直流母线电压恒定控制。
4. 动态环境模拟：支持模拟突发风速扰动，用于测试发电机在非稳态环境下的动态响应特性。
5. 自动化数据导出：计算出的状态向量初置会自动序列化保存，供后续Simulink模型或仿真实验直接调用。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2018b 或更高版本。
2. 核心工具箱：符号计算工具箱（用于公式推导，可选）及基础数学工具箱。

使用方法

1. 初始化环境：运行主脚本，系统将自动清除内存并配置1.5MW双馈发电机的标准物理参数。
2. 配置目标工况：在脚本的初始化区域修改风速（wind_speed）或功率目标（P_target/Q_target）。
3. 执行仿真：启动脚本后，系统将依次进行稳态计算、状态向量保存记录及0-2秒的电磁暂态时间步长迭代。
4. 结果分析：仿真结束后，系统将自动生成包含功率、转速、直流电压、转矩及定子电流波形的分析图表，并导出状态变量文件。

实现逻辑分析

1. 参数标定与转换模块

系统首先定义了1.5MW发电机在标幺值（pu）下的额定参数，包括定转子电阻、漏感、互感及惯性常数。通过基准值计算公式，将这些标幺值转换为具体的物理量（如亨利、欧姆），为后续的电磁暂态微分方程解算提供物理基础。

2. 稳态初始化算法

为了实现无冲击启动，该模块采用定子磁链定向（Stator-Flux Orientation）策略。假设定子电阻在初值计算时可忽略，通过给定的有功和无功目标，反向求解定子电流的D轴和Q轴分量。随后利用磁链方程和电流代数约束，唯一确定转子电流的初始矢量。这一过程解决了传统仿真中初值难以设定的痛点。

3. 转子侧变换器（RSC）控制

代码中实现了基于PI调节器的转子侧电流反馈控制。通过计算目标电磁转矩（Te_ref），生成对应的转子Q轴电流参考值，同时利用D轴电流维持功率因数。PI控制器根据电流误差动态调节转子电压指令，模拟了脉宽调制（PWM）对转子励磁的调节过程。

4. 网侧变换器（GSC）与直流链模型

网侧控制逻辑侧重于直流母线电压（Vdc）的稳定性。系统根据直流电容两端的能量平衡方程，通过PI控制器调节流入电网的有功电流，从而抵消转子侧滑差功率的波动。直流链模型使用电容器充放电微分方程模拟，精确反映了有功功率交换对母线电压的影响。

5. 电磁暂态求解器

系统采用了固定步长的欧拉积分法（一阶数值解法）来求解非线性微分方程组。 定子磁链微分方程：考虑定子电阻压降与旋转电动势的平衡。 转子电流微分方程：包含了漏磁系数（Sigma）的影响，反映了复杂的电磁耦合关系。 机械轴系模型：基于运动方程式计算电磁转矩与机械转矩的差值，动态更新发电机转速。

6. 干扰与响应分析

在仿真运行至0.8秒时，系统引入了一个正弦波形的风速扰动（持续0.4秒）。这一设计旨在验证控制系统的稳健性，观察定子电流在高频波动下的瞬态表现，以及直流母线电压在功率波动时的波动幅度。

关键算法细节

漏磁系数（Sigma）计算：利用公式 1 - Lm^2/(Ls*Lr) 精确描述了定转子间的磁耦合程度。 定子电流代数约束：采用代数方程从磁链和转子电流中实时解算定子电流分量，避免了代数环问题并提高了计算效率。 坐标变换模拟：通过相位角 theta_s 的积分迭代，实现了从旋转D-Q坐标系到静止三相坐标系（定子A相电流）的映射，便于观察信号的频谱和波形特征。