双馈风机DFIG低电压穿越MATLAB仿真那些事儿

双馈风机 DFIG 低电压穿越 MATLAB仿真模型simulink， LVRT 双馈异步风力，Crowbar电路，波形如图 （1）转子侧变换器采用基于定子电压定向的矢量控制策略，有功无功解耦，具备MPPT能力，采用功率外环电流内环双闭环控制结构； （2）网侧采用电网电压定向的矢量控制策略，采用电压外环电流内环控制，直流母线电压稳定，输入功率因数为1。 波形如图

在风力发电领域，双馈风机（DFIG）因其独特的优势备受关注。而低电压穿越（LVRT）能力更是DFIG在电网故障时保障稳定运行的关键。今天咱就唠唠DFIG的LVRT在MATLAB/Simulink里的仿真模型，以及其中重要的Crowbar电路。

一、矢量控制策略

转子侧变换器

转子侧变换器采用基于定子电压定向的矢量控制策略，这可是实现有功无功解耦和最大功率点跟踪（MPPT）能力的核心。其采用功率外环电流内环双闭环控制结构。来看段简单的代码示意（这里用伪代码表示大致逻辑哈）：

% 功率外环
function [id_ref, iq_ref] = powerOuterLoop(p_ref, q_ref, p_measured, q_measured)
    kp_p = 0.5;
    ki_p = 0.1;
    kp_q = 0.5;
    ki_q = 0.1;

    % 功率误差计算
    error_p = p_ref - p_measured;
    error_q = q_ref - q_measured;

    % PI控制器
    integral_p = integral_p + error_p * dt;
    integral_q = integral_q + error_q * dt;
    id_ref = kp_p * error_p + ki_p * integral_p;
    iq_ref = kp_q * error_q + ki_q * integral_q;
end

% 电流内环
function [vdr, vqr] = currentInnerLoop(id_ref, iq_ref, id_measured, iq_measured)
    kp_id = 0.2;
    ki_id = 0.05;
    kp_iq = 0.2;
    ki_iq = 0.05;

    % 电流误差计算
    error_id = id_ref - id_measured;
    error_iq = iq_ref - iq_measured;

    % PI控制器
    integral_id = integral_id + error_id * dt;
    integral_iq = integral_iq + error_iq * dt;
    vdr = kp_id * error_id + ki_id * integral_id;
    vqr = kp_iq * error_iq + ki_iq * integral_q;
end

在功率外环中，通过设定的功率参考值（pref和qref）与实际测量功率值（pmeasured和qmeasured）的差值，经过PI控制器得到电流参考值（idref和iqref）。电流内环再根据这些参考值与实际测量电流值的误差，经过PI控制器生成转子电压分量（vdr和vqr），从而实现对转子侧变换器的精确控制。

网侧变换器

网侧采用电网电压定向的矢量控制策略，采用电压外环电流内环控制，目的是保持直流母线电压稳定，并且让输入功率因数为1。同样来段伪代码：

% 电压外环
function [idc_ref] = voltageOuterLoop(vdc_ref, vdc_measured)
    kp_vdc = 0.5;
    ki_vdc = 0.1;

    % 电压误差计算
    error_vdc = vdc_ref - vdc_measured;

    % PI控制器
    integral_vdc = integral_vdc + error_vdc * dt;
    idc_ref = kp_vdc * error_vdc + ki_vdc * integral_vdc;
end

% 电流内环
function [vdg, vqg] = currentInnerLoopGrid(idc_ref, iqc_ref, idc_measured, iqc_measured)
    kp_idc = 0.2;
    ki_idc = 0.05;
    kp_iqc = 0.2;
    ki_iqc = 0.05;

    % 电流误差计算
    error_idc = idc_ref - idc_measured;
    error_iqc = iqc_ref - iqc_measured;

    % PI控制器
    integral_idc = integral_idc + error_idc * dt;
    integral_iqc = integral_iqc + error_iqc * dt;
    vdg = kp_idc * error_idc + ki_idc * integral_idc;
    vqg = kp_iqc * error_iqc + ki_iqc * integral_iqc;
end

电压外环通过直流母线电压参考值（vdcref）与实际测量值（vdcmeasured）的误差，经过PI控制器得到网侧d轴电流参考值（idc_ref）。电流内环再根据参考值与实际测量电流值的误差，生成网侧电压分量（vdg和vqg），实现对网侧变换器的控制，维持直流母线电压稳定和单位功率因数。

二、Crowbar电路

Crowbar电路在DFIG的LVRT中起着关键作用。当电网电压骤降时，DFIG转子侧会产生过电流和过电压，Crowbar电路此时迅速动作，将转子绕组短接，保护变换器。虽然代码上它可能更多体现在逻辑判断和开关动作上，但在Simulink模型里，可以直观看到它的工作过程。比如通过设定一个电压阈值，当检测到的电压低于这个阈值，触发Crowbar电路动作。

if (grid_voltage < crowbar_threshold)
    crowbar_status = 'ON';
else
    crowbar_status = 'OFF';
end

这段简单代码就模拟了Crowbar电路的触发逻辑。当电网电压（gridvoltage）低于设定的Crowbar阈值（crowbarthreshold），就将Crowbar状态设为“ON”，即电路投入工作。

结合上面这些控制策略和Crowbar电路，在MATLAB/Simulink搭建好DFIG的LVRT仿真模型后，运行仿真就能得到各种波形。从波形中可以清晰看到在电网故障时，DFIG各部分的响应情况，比如转子电流、定子电压、功率等的变化，通过分析这些波形，就能进一步优化模型和控制策略，提升DFIG的低电压穿越性能。