【风力涡轮发电机】用于电磁暂态(EMT)研究的第四类(即全变流器)风力发电机系统的通用模型研究附Simulink仿真

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🔥 内容介绍

在全球能源转型加速推进的背景下，风力发电作为清洁能源的核心组成部分，其装机容量持续快速增长。其中，第四类风力发电机（全变流器型风电机组） 凭借对风速变化的高适应性、低电压穿越（LVRT）能力强、并网电能质量优异等优势，已成为当前风电开发的主流机型。该类机组通过全功率变流器实现风能捕获与电网接入的解耦，可灵活控制输出功率与电压特性，但其复杂的电力电子变换环节也使系统在电磁暂态过程（如电网故障、负荷突变、雷击过电压等）中呈现出独特的动态行为。

电磁暂态（EMT）研究是保障电力系统安全稳定运行的关键技术手段，其核心是通过精准建模分析系统在暂态过程中的电压、电流、功率等电气量的动态变化规律，为电网保护配置、稳定性控制策略设计提供依据。然而，现有第四类风电机组的 EMT 模型多针对特定厂商机型或特定运行场景，缺乏通用性 —— 不同模型在变流器控制策略、机组参数表征、暂态响应特性等方面差异较大，导致在大规模风电并网系统的 EMT 仿真中，模型复用性低、仿真结果一致性差，难以满足电网规划与运行分析的需求。

因此，开展用于 EMT 研究的第四类风力发电机系统通用模型研究，具有重要的理论价值与工程意义：一方面，可统一模型结构与参数定义，降低不同场景下 EMT 仿真的建模复杂度；另一方面，能为电网运营商、科研机构提供标准化的仿真工具，精准预测风电并网系统的暂态稳定性，支撑大规模风电消纳与电网安全防控。

二、第四类风力发电机系统的结构与工作原理

2.1 系统整体结构

第四类风力发电机系统主要由风轮与传动链、永磁同步发电机（PMSG）/ 双馈感应发电机（DFIG，虽 DFIG 常归为第二类，但全变流器改造后可纳入第四类）、全功率变流器（含网侧变流器与机侧变流器）、滤波器与变压器、控制系统五部分组成，其核心特征是通过全功率变流器实现发电机与电网的完全隔离.

三、EMT 通用模型的构建

3.1 模型构建原则

用于 EMT 研究的通用模型需满足以下原则：

1. 通用性：模型结构与参数定义标准化，适用于不同功率等级（1.5MW~15MW）、不同发电机类型（PMSG / 全变流器 DFIG）的第四类机组；

1. 精准性：需表征暂态过程中电力电子器件的开关特性、发电机的电磁动态、控制系统的响应延迟等关键因素，误差需控制在 5% 以内；

1. 高效性：在保证精度的前提下，简化非关键环节（如传动链的机械阻尼损耗），降低 EMT 仿真的计算复杂度；

1. 可扩展性：预留接口支持新增控制策略（如虚拟惯量控制、一次调频）与故障场景（如高电压穿越 HVRT）。

3.2 各核心部件的 EMT 模型

3.3 通用模型的集成与参数标准化

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 崔森.双馈感应风力发电机暂态特性及一次调节方法的研究[D].华北电力大学(北京),2021.

[2] 柴鑫.基于分布式模型预测控制的含风电电力系统暂态稳定性控制策略研究[D].电子科技大学[2025-09-02].

[3] 孙岩,于海龙.基于MATLAB/SIMULINK双馈风力发电机仿真模型的研究[J].装备制造技术, 2015(2):4.DOI:JournalArticle/5b3b9229c095d70f007e7e95.

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