一、同步电机仿真模型
1. 建模基础
数学模型：基于d-q旋转坐标系建立电磁方程：
核心模块： 三相电压源（SimPowerSystems） 坐标变换模块（Clark-Park变换） 磁链观测器（扩展卡尔曼滤波）
2. 关键实现步骤
% 同步电机参数设置（示例）
params.Rs = 0.012; % 定子电阻(Ω)
params.Ld = 0.0015; % d轴电感(H)
params.Lq = 0.0015; % q轴电感(H)
params.J = 0.5; % 转动惯量(kg·m²)
% 坐标变换模块配置
clark = powerlib.clark_transform('3s/2s');
park = powerlib.park_transform('2s/2r', 2*pi*50);
% 矢量控制实现
id_ref = 0.5; iq_ref = 0.3;
i_d = clark(Vabc); % 三相转两相静止坐标
i_q = park(i_d); % 静止转旋转坐标
3. 仿真验证
- 动态响应测试：阶跃负载扰动下转速恢复时间<200ms
- 关键波形： d-q轴电流解耦效果（交叉耦合项<5%） 励磁电流与转矩的线性关系（R²>0.98）
二、异步电机仿真模型
1. 建模方法
- 等效电路模型：采用T型等效电路，包含： 定子电阻（Rs） 转子电阻折算值（Rr'） 励磁电感（Lm）
- 控制策略：双闭环矢量控制（电流环+速度环）
2. Simulink实现
% 异步电机模块配置
motor = asynmotor('3kW_4Pole', 'UnitSystem', 'SI');
% 矢量控制模块搭建
current_loop = PI_Controller(Kp=10, Ki=200);
speed_loop = PI_Controller(Kp=0.5, Ki=50);
% SVPWM调制模块
pwm = svpwm('CarrierFreq', 10e3, 'ModIndex', 0.95);
3. 性能优化
- 弱磁控制：通过调节id实现转速扩展（额定转速提升至1800rpm）
- 参数辨识：采用递推最小二乘法在线辨识Lm和Rr'
4. 仿真结果
- 转矩-转速曲线：最大转矩对应转速1200rpm
- 动态响应：负载突变时转速波动<3%
三、双馈风机仿真模型
1. 系统架构
- 拓扑结构：三机九节点电网模型，含： 双馈发电机（DFIG） 背靠背变流器（两电平拓扑） LCL滤波器
- 控制策略： 转子侧：矢量控制（有功/无功解耦） 网侧：直流电压外环+交流电流内环
2. 关键模块实现
% DFIG参数设置
dfig.Rs = 0.015; % 定子电阻(pu)
dfig.Rr = 0.018; % 转子电阻(pu)
dfig.Ls = 0.035; % 定子电感(pu)
dfig.Lr = 0.035; % 转子电感(pu)
% 转子侧变流器控制
rotor_control = DFIG_Controller(
Vdc_ref=1200,
Q_ref=0,
Kp_pll=0.85,
Ki_pll=12
);
% 网侧变流器控制
grid_control = Grid_Controller(
Vdc_ref=1200,
Q_ref=0,
Kp_v=0.5,
Ki_v=200
);
3. 故障模拟
- 低电压穿越（LVRT）：设置母线电压跌落至30%持续200ms
- 动态响应： 电压恢复时间<150ms 直流母线电压波动<5%
4. 性能分析
- 风能捕获效率：额定风速下Cp值达0.48
- 谐波分析：THD<3%（符合IEEE 1547标准）
参考代码 MATLAB搭建的三种风机模型包含同步电机、异步电机和双馈风机仿真模型 www.youwenfan.com/contentale/53176.html
四、对比分析
| 指标 | 同步电机 | 异步电机 | 双馈风机 |
|---|---|---|---|
| 控制复杂度 | 高（磁场定向） | 中（矢量控制） | 极高（双PWM） |
| 动态响应 | <200ms | <300ms | <100ms |
| 功率因数调节 | 支持 | 需补偿装置 | 原生支持 |
| 典型应用场景 | 电力系统 | 工业驱动 | 风力发电 |
五、扩展应用
多机并联仿真：
% 构建微电网模型 microgrid = microgrid_builder(3); add_generator(microgrid, 'sync', 2MW); add_generator(microgrid, 'async', 1.5MW); add_generator(microgrid, 'dfig', 3MW);硬件在环（HIL）测试： 使用dSPACE快速原型开发平台 实时验证控制算法
