全球能源轉型中，傳統雙饋式風電因齒輪箱損耗大、維護成本高，難以滿足高效需求。直驅式技術以無齒輪箱設計降損提效，尤其適用于海上風電、高海拔等場景。

本篇中我們基于 EasyGo 實時仿真器EGBox Mini，對永磁直驅風力發電系統進行仿真實驗。通過與離線仿真對比，可以看到EasyGo 實時仿真設備具備良好的仿真效果，在實際科研/教學中可以替代真實設備進行永磁直驅風力發電系統的仿真模擬，進一步驗證了 Easygo 仿真平臺的準確性與可靠性，可為企業/實驗室提供高效、安全的測試平臺。

一、直驅式同步風力發電系統

直驅式同步風力發電系統主要包括風力機、變槳機構、機艙、塔筒、偏航機構、永磁同步發電機、風速儀、風向標、變流器、風機總控系統等。

基于背靠背換流器的永磁全功率風機是目前常用的主流機型，采用雙 PWM 變流器系統典型拓撲結構如圖所示。

系統主要由機側整流器，直流側電容、網側逆變器三部分組成，通過電路可實現將頻率和幅值變化的交流電轉換成頻率和幅值符合并網要求的電能送入電網。

直驅風機并網控制分為網側換流器控制和電機側換流器控制，采用基于 dq 解耦的雙閉環控制，控制外環為直流電壓環，內環為對應 dq 軸電流環，控制框圖如下圖所示。

外環逆變側直流電壓與給定直流電壓進行比較，誤差經過 PI，作為內環 d 軸電流環參考值 id_ref；id_ref 與 d 軸電流實際值id進行比較，經過 PI，得到 Ud；電流環 q 軸參考值 iq_ref 與實際值 iq 進行比較，經過 PI，得到 Uq。同時，為使并網效率最高，一般 iq_ref 給定為0。

風機電機側控制根據轉子磁場定向，可以分解到 dq 坐標系下進行控制。通過 dq 旋轉坐標變換，實現轉矩電流 iq (有功)和勵磁電流 id (無功)的解耦控制。在實際控制中一般將 id 的參考值設置為0。iq 的參考值由控制外環經過 PI 得到，外環的參考值一般是由上級主控制器給出（仿真中直接人為設定）。

系統的整體拓撲結構如下圖所示：

二、離線仿真

本次實驗中直驅風機通過背靠背變流器接到交流電網，交流電網為 690V，與風機網側變流器相連，整體模型如下圖所示。

實際風機結構更為復雜，這里我們省去機械傳動部分，只進行變流器的控制部分仿真，具體系統參數如下：

電網側換流器采用雙閉環控制，具體控制部分模型如下：

電機側換流器采用轉矩外環，電流內環的控制，通過修改給定轉矩的方式便可以實現風機功率的變化。

運行模型。0.01s 啟動整流控制，0.05s 啟動逆變控制，逆變器啟動后開始加轉矩，初始轉矩設定16，1s 時變為14。

為驗證風機并網整體控制性能，直流側給定值為1100V，轉速開始時給定為1000，1s 時給定轉速變為2000。運行得到仿真結果如下所示：

從波形可以看出：在整流和逆變控制啟動后，Vdc 在短時間被控制到設定值1100V，有功功率和無功功率也都穩定在設定值。在轉矩和轉速的設定值變化后，系統也能快速跟隨變化。

三、EasyGo 實時仿真

EGBox Mini產品系列是基于CPU+FPGA 硬件架構設計的一體式緊湊型實時仿真產品，屬于EGBox 系列實時仿真器的入門級產品。其不同型號可完成硬件在環測試系統（HIL）或者快速控制原型系統（RCP）。將控制模型和拓撲模型分別通過仿真上位機部署進兩個實時仿真器（EGBox Mini），整體架構如下圖所示：

當轉速（speed) 設定值為1000 r/min，直流電壓 (Vdc_ref) 設定值1100V，轉矩 (Tm_ref) 設定值16 N/m時，實時波形如下圖所示：

可以觀察到：在開啟逆變整流控制后，Vdc 在短時間被控制到設定值1100V，系統也能快速跟隨變化并保持穩定。當轉速由1000 r/min調整為1500 r/min時，有功功率 P 跟隨變化并保持穩定。

EasyGo 實時仿真平臺基于 Matlab/Simulink 的實現方式具有上手快、通用性強的特點，在完成端口配置的基礎上可以實現免培訓操作，這里就不過多贅述。

永磁直驅風力發電系統實時仿真就分享到這里了，歡迎感興趣的工程師們留言溝通。