风力发电交直交变流器并网控制系统仿真

资 源 简 介

本项目在MATLAB/Simulink环境下构建，主要功能是实现复杂的交-直-交（AC-DC-AC）变流过程。在此系统中，整流器首先将输入的交流电转换为直流电，经过直流环节进行滤波与能量存储，再由逆变器将直流电逆变为可控的交流电。由于风力发电具有随机性和波动性，该变换器在风力发电系统中起到了核心调节作用，能够根据风速变化动态调整控制策略，从而实现发电机输出功率的平稳化处理。同时，该项目集成了高精度的并网控制算法，确保输出电流与电网电压在相位及频率上保持高度一致，最终达成风力发电系统与电网的稳定连接和能量的

详 情 说 明

基于Simulink逻辑的交-直-交变换与风力发电并网控制系统

本仿真项目旨在模拟风力发电系统中核心的能量转换与并网控制流程。通过在MATLAB环境下构建数学模型，程序精确模拟了从发电机侧功率捕获到直流母线稳压，再到网侧逆变器受控并网的全过程。系统采用双闭环矢量控制策略，确保在风能波动的情况下，依然能向电网输送高质量的电能。

功能特性

1. 全过程仿真：涵盖了风电功率注入、直流环节能量存储、三相逆变以及滤波并网的完整交-直-交变换逻辑。
2. 动态锁相跟踪：内置软件锁相环（PLL），能够实时追踪电网电压的相位与频率，确保逆变输出与电网高度同步。
3. 双闭环矢量控制：采用外环电压、内环电流的分层控制架构，实现了直流电压的稳定控制与并网电流的精确调节。
4. 解耦控制逻辑：在dq轴旋转坐标系下进行电流控制，并引入前馈补偿与交叉耦合项，有效消除了三相系统间的互感干扰。
5. 实时功率监控：系统不仅能维持单位功率因数运行（无功功率趋近于0），还能实时计算并记录有功与无功功率的动态波动。
6. 电能质量分析：集成快速傅里叶变换（FFT）功能，自动计算输出电流的总谐波畸变率（THD），定量评估并网性能。

使用方法

1. 环境配置：确保计算机已安装MATLAB R2016b或更高版本。
2. 运行仿真：将脚本载入MATLAB编辑器中。
3. 执行程序：点击“运行”按钮或在命令行窗口调用主函数名。
4. 结果查看：程序执行完毕后将自动弹出四路监控图表，展示电流波形、电压曲线、功率数据及频谱分析结果。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB (包含Signal Processing Toolbox用于频谱分析)。
2. 硬件建议：至少8GB内存，以保证高频率采样率下的计算效率。

核心实现逻辑说明

1. 信号初始化与参数定义

系统设定采样频率为20kHz，仿真周期0.5秒。定义了三相电网电压（220V/50Hz）、滤波电感（5mH）及直流侧电容（2200μF）。风力发电机的能量输入通过一个带有随机扰动和正弦波动的功率函数进行模拟。

1. 软件锁相环（PLL）算法

程序通过Clarke变换将三项电压转换至alpha-beta静止坐标系，随后进行Park变换至dq旋转坐标系。利用PI控制器调节q轴电压分量，使其强制归零，从而准确锁定电网的频率与相位角（theta）。

1. 双闭环控制策略

外环（直流电压环）：通过计算直流母线实际电压与参考值（650V）的偏差，经PI调节器生成d轴电流参考值，负责能量平衡。 内环（dq电流环）：将测量到的三项电流转换为dq轴分量。d轴负责有功控制，q轴负责无功控制（设定为0以实现单位功率因数）。内环通过PI控制生成控制电压，并加入电感解耦项（wL*I）以提升响应性能。

1. 物理系统数值建模

系统采用一阶欧拉法求解微分方程： 电流方程：基于L-R滤波器模型，根据逆变器输出电压与电网电压的差值计算电流变化率。 电压方程：基于电容能量守恒定律，利用风机输入功率与逆变器输出功率的差值，动态更新直流母线电压。

1. 数据处理与可视化

在仿真结束后，程序截取稳态阶段的电流数据进行高精度FFT分析。可视化界面分为四个维度：

• 三相电流波形显示：直观观察正弦波的质量。
• 直流电压曲线：评估系统在功率波动下的稳压能力。
• 功率监测图：展示有功功率的随动性与无功功率的抑制效果。
• 频谱与THD：直观展示基波与谐波分布，提供THD百分比数值。