基于AI控制器的光伏与双馈风电混合并网仿真系统

资 源 简 介

本系统是一个集成光伏发电和双馈感应发电机（DFIG）风能系统的复杂微电网仿真平台，旨在利用人工智能算法优化混合能源系统的稳定性和效率。系统完整模拟了从初级能源捕获到电网接入的全过程，包括精细的风力机空气动力学模型、两质量块传动轴系统、绕线式感应发电机模型、光伏电池阵列及其相关的功率电子转换器。控制系统是该项目的核心，引入了模糊逻辑控制器或人工神经网络控制器，专门针对最大功率点跟踪（MPPT）及双馈风机的转子侧与网侧变流器进行解耦控制。该模型能够真实反映在环境随机波动（如突变风速、变化辐照度）以及电网侧扰动

详 情 说 明

基于AI控制器的光伏与双馈风电混合电网集成仿真系统

本仿真项目旨在构建一个高度集成的微电网平台，核心研究光伏发电系统与双馈感应发电机（DFIG）风力发电系统在复杂环境下的协同工作特性。系统通过引入人工智能算法（主要是模糊逻辑控制思想），实现了对混合能源系统功率输出的优化、直流母线电压的稳定控制以及在电网扰动下的暂态稳定性增强。

项目功能特性

1. 多能互补系统建模：完整构建了光伏阵列与双馈风机的数学模型，涵盖了能量捕获、电能转换及并网的全流程仿真。
2. 随机环境模拟：系统能够模拟真实环境中的非线性波动，包括带有随机噪声的正弦变化风速、阶跃变化的光照强度以及周期性波动的环境温度。
3. AI智能控制方案：集成模糊逻辑控制器用于最大功率点跟踪（MPPT）及系统输出微调，相比传统的PID控制，具备更快的收敛速度和更强的鲁棒性。
4. 电网扰动与低电压穿越（LVRT）：内置故障注入模块，专门模拟电网侧电压跌落对混合系统造成的动态冲击，用于评估控制系统的暂态平稳能力。
5. 功率质量与频谱分析：具备总谐波畸变率（THD）计算与FFT频谱分析功能，可评估并网电流的电能质量。
6. 可视化综合评估：通过多维度图表（功率、电压、电流、误差收敛、频谱）直观呈现系统的实时运行状态。

实现逻辑说明

仿真系统遵循以下逻辑顺序运行：

1. 参数定义与环境初始化：

系统设定采样频率为10kHz，模拟时长为2秒。配置了400V/50Hz的电网基准，并设置了20kW光伏系统与50kW风电系统的关键物理参数（电阻、电感、惯量等）。

1. 信号激励生成：

生成随时间变化的输入信号。风速由基准、低频正弦扰动及高频随机噪声叠加；光照强度在模拟中段发生突变。

1. AI控制器核心算法：

实现了一个基于模糊逻辑思想的MPPT调节函数，通过判断功率变化量与电压变化量的比值（dP/dV），动态决策电压的调节方向。

1. 动态循环计算：

* 光伏支路：利用指数模型计算光伏电池电流，并通过AI调节算法动态维护DC母线电压在800V左右。 * 风电支路：通过风力机特性系数（Cp）模型计算机械能捕获，采用定子磁场定向控制（SFO）思想，根据捕获的能量实时解耦映射转子侧参考电流。 * 并网环节：计算三相定子电流及总有功功率输出。

1. 故障模拟分析：

在1.0s至1.2s期间，程序人工注入电压跌落故障，将电网电压降至额定值的50%，观察AI控制器对系统总功率输出的维持能力。

1. 性能对比与统计：

程序对比分析了AI控制器与标准PID控制器在动态响应中的误差收敛表现，并计算平均功率输出与母线电压偏差。

关键函数与算法细节

• Cp系数计算函数：通过输入的叶尖速比（lambda）和节距角（beta），利用多项式与指数混合公式模拟风力机的空气动力学特性。
• Fuzzy-Logic MPPT调节器：利用匿名函数实现，通过非线性斜率判断（delta_P / delta_V）来执行定步长的电压微调，实现了简单有效的智能控制策略。
• 谐波模型与FFT分析：在输出电流中注入模拟的高频噪声，通过平方和开根号算法计算THD，并使用快速傅里叶变换展示电流的频率分布。
• 母线预测控制逻辑：在循环内通过当前误差与随机分布项模拟控制器的反馈输出，维持直流电压的动态平衡。

使用方法

1. 启动MATLAB软件。
2. 将包含模拟代码的文件夹设为当前工作路径。
3. 在命令行窗口输入模拟程序的名称并回车。
4. 运行结束后，系统将自动弹出包含6个子图的分析窗口，展示功率、电压、电流及AI性能数据。
5. 在命令行窗口查看输出的系统平均值指标（平均功率、THD等）。

系统要求

• 软件版本：MATLAB R2018b 或更高版本。
• 硬件要求：建议内存8GB及以上，以保证高频率采样下的计算速度。
• 工具箱依赖：本程序采用纯代码编写数学模型，不强制依赖Simulink工具箱，可在标准MATLAB环境下直接运行。