基于NI-PXI的分布式发电数模混合仿真系统

3 DFIG数字仿真模型
DFIG定子侧直接与电网连接，转子侧通过双PWM换流器与电网连接，换流器调节转子绕组电压，实现与电网交换转差功率，使风电机组获得变速运行能力。在Matlab／Simulink中搭建DFIG并网控制仿真模型，如图4所示，包括风力机、轴系、DFIG、换流器及其控制模型等。

转子侧换流器控制采用定子电压定向矢量控制技术调节转子电压的幅值和频率，实现定子侧有功功率和无功功率的解耦控制，网侧换流器控制则采用电网电压定向矢量控制保持直流侧电压稳定。桨距角控制用于DFIG的转速和功率限制，当发电机转速高于最大转速或系统输出功率超过额定功率时，桨距角控制系统调节风机桨距角β以限制风机捕获风能，实现转速或功率限制。

4 基于双PWM换流器可控功率源控制
三相电压型PWM换流器控制方法分为直接电流控制和间接电流控制，其中间接电流控制的结构简单。此处采用基于电压矢量幅相控制的间接电流控制，控制策略为：整流侧PWM控制维持直流母线电压恒定和单位功率因数运行，逆变侧PWM控制调节逆变电压矢量的相位和幅值以跟踪有功和无功功率指令，控制原理如图5所示。

5 实验结果
建立图3所示的数模混合仿真实验系统。可控功率源额定参数为：Pn=30 kW；Uo=380 V；整流侧电感LR=1．68mH；逆变侧LI=2．26mH。 DFIG主要参数：定子电阻Rs=0．023pu，定子漏感Ls=0．18pu，转子电阻Rr=0．016pu，转子漏感Lr=0．16pu，激磁电感Lm=2．9pu，机组转动惯量H=4．32 s。图6为DFIG混合实时仿真实验结果。
图6a为通过VeriStand工作区输入到PXI数字模型的风速曲线，风速变化范围约为5～15 m·s-1。图6b为Matlab离线仿真和PXI实时仿真时，在相同的风速激励下，DFIG数字仿真模型离线运行和数模混合模型实时运行有功功率和无功功率输出曲线。由图可见，在这里采用的控制策略下，实现了有功功率和无功功率的解耦控制，且有功功率按照风电机组功率输出特性随风速变化。经对比，PXI实时仿真平台能实现反映DERs功率输出特性的实时数字仿真，仿真准确程度将取决于在第3方建模工具中所建模型的准确程度。

图6c为PXI实时仿真模型输出的功率指令与可控功率源实际输出功率的对比曲线。通过对比可见，可控功率源的输出功率可快速跟随功率指令的变化，准确反映了DFIG在风速变化条件下的功率变化特性。
图6d为DFIG实时仿真过程中某时段电机转速变化曲线和转子电流变化波形。随着风速增加，DFIG转速增加，转子电流在控制器的调节作用下以转差频率向DFIG提供转差功率，电机从次同步运行状态过渡到超同步运行状态。

6 结论
针对分布式电源并网控制技术研究的实验平台，提出一种数模混合实时仿真系统设计方案，采用PXI作为数字实时仿真平台，基于双PWM换流器的可控功率源作为仿真系统数字部分和物理部分的功率接口。通过构建一个双馈风电机组并网混合仿真实验系统，验证了方案的可行性。