【正文】 畢業(yè)設計（論文）專用紙 I 摘要 目前，雙饋電機最大的優(yōu)點在于可以將轉差功率饋送至電網中，或者是由電 網饋入。雙饋電動機調速系統(tǒng)由于具有可靠性高、成本低等優(yōu)點，并且能夠通過 調節(jié)轉子側變頻器的幅值、相位以及頻率來調節(jié)雙饋電動機定子側無功功率，因 此被廣泛應用于交流電機調速領域。 本文主要研究雙饋電動機調速系統(tǒng)控制策略及其仿真。本文首先簡單地介紹 了雙饋電動機調速系統(tǒng)的基本工作原理，分析、討論了雙饋電動機在不同工況下 運行時的功率流動關系，接著詳細地推 導出雙饋電動機在三相靜止坐標系上的數(shù) 學模型。然后采用定子磁鏈定向，推導出雙饋電動機在同步旋轉坐標系 MT 上的數(shù)學模型。本文采用雙饋電動機轉速與定子側無功功率作為外環(huán)控制目標、轉子電流在 M、 T 軸上的分量作為內環(huán)控制目標的雙閉控制系統(tǒng)。該控制策略能夠獨立地調節(jié)雙饋電動機轉速與定子側無功功率，且能夠實現(xiàn)雙饋電動機在次同步、超同步狀態(tài)下運行。 然后在 MATLAB 中的 simulink 環(huán)境下搭建了雙饋電動機調速系統(tǒng)的仿真模型并進行仿真分析，驗證了所用控制策略的可行性。 關鍵詞 ： 雙饋電動機，矢量控制，仿真 畢業(yè)設計（論文）專用紙 II Abstract At present, the biggest advantage of doublyfed electric machine is that it can make the slip power feed to the grid, or eed it from grid. The doublefed electric machine speed control system has high reliability and low cost advantages, and it can change the doublefed electric machine stator side reactive power by adjusting the amplitude, phase and frequency of the rotor side converter, so it is widely used in the field of motor control. This paper mainly studies the control strategy of doublefed electric machine speed control system and its paper first briefly describes the basic working principle of the doublefed electric machine speed control system, analyzes and discusses the power flow of the doublyfed electric machine in the runtime under different conditions ,then deduces the mathematical model of the doublyfed electric machine in threephase stationary coordinate system in uses the doubleloop control system of using the speed of the doublefed electric machine and reactive power of the statorside s control targets in the outer ring and the ponent of rotor current in the M, Taxis as inner control objectives. And this control method can independently adjust the motor speed and the reactive power of the stator side of doublefed electric machine ,and doublefed electric machine can achieve running in the subsynchronous and supersynchronous state. Then it builds a doublefed electric machine speed control system simulation model in MATLAB simulink environment, simulation results are analyzed to verify the feasibility of the control strategy used. Key Words: doublyfedelectric machine, field oriented control, simulation 畢業(yè)設計（論文）專用紙 III 目 錄 1緒論 ...............................................................1 雙饋電機的發(fā)展狀況 ...........................................1 雙饋電機控制策略 .............................................2 本文的主要內容 ...............................................3 2雙饋電機的數(shù)學模型及其功率流程分析 ................................4 雙饋電機調速的工作原理 .......................................4 變頻器 .......................................................5 雙饋電機調速的運行工況分析 ...................................6 三相異步電動機的多變量非線性數(shù)學模型 .........................7 坐標變換 ....................................................11 3雙饋電機的矢量控制技術 ...........................................15 矢量控制簡介 ................................................15 定子磁鏈定向下的雙饋電機矢量控制 ............................16 基于定子磁鏈定向的雙饋電機的控制策略 ........................20 雙饋電機整個系統(tǒng)的控制策略 ..................................22 4雙饋電機調速 系統(tǒng)的仿真 ...........................................24 Simulink 下仿真模型的搭建 ...................................24 仿真結果及分析 ..............................................26 5總結 ..............................................................30 致謝 ...............................................................31 參考文獻 ...........................................................32 畢業(yè)設計（論文）專用紙 1 1 緒論 雙饋電機的發(fā)展狀況 目前，隨著電力電子技術、控制理論的發(fā)展，交流電機調速在電力電子與 電氣傳動領域得到了廣泛的應用，從而逐步取代了直流電機調速的地位。所謂雙 饋電機是指將異步電機的定子繞組、轉子繞組都與交流電網或含電動勢的回路相 連接，使它們可以進行能量的雙向流動。雙饋電機也稱交流勵磁電機， 它是由電 機本體與交流勵磁自動控制系統(tǒng)構成的。雙饋電機是電機技術、電力電子與電力 傳動技術、以及現(xiàn)代控制技術發(fā)展而來的產物。雙饋電機的定子端與 50Hz 的大電網直接相連接，而轉子端與幅值、相位以及頻率均可調節(jié)的交流電源相連接。 通過調節(jié)轉子端勵磁電流幅值大小、相位以及頻率，可以使得雙饋電機在電動狀 態(tài)或發(fā)電狀態(tài)下運行，同時轉速的大小也可以調節(jié)，且定子端輸出的電壓和頻率 可以保持不變，因此，它在提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性時又可以調節(jié)電網的功率因數(shù)。 雙饋電機同時具備同步電機的特點與異步電機的特點，可以在同步速上下運行， 而且能夠有效地調節(jié)無功功率，因此用途非常地廣泛。在雙饋調速系統(tǒng)中，由于通過變頻器的轉差能量只是被控能量的一部分 ,所以所需變頻器的容量可以小于電機的容量 ,這樣可以大大地提高雙饋調速系統(tǒng)的效率、節(jié)約成本。雙饋電機的調速范圍可以達到 10%至 60%，因此具備提高系統(tǒng)的工作效率、節(jié)約電能等優(yōu)點。當其作為電動機運行時，在不同的帶載情況下，可以靈活地調節(jié)系統(tǒng)的無功功率和轉速。德國西門子、日本東芝和三菱、俄羅斯哈爾科夫電機制造公司已經制造了一系列的雙饋電動機，例如：哈爾科夫公司已經生產了 315kW 至 20xxkW 的不 同種類的雙饋電動機，而且已經大量運用于各種交流調速傳動領域中 (如風機、泵類等負載 )。目前，美國、俄羅斯、澳大利亞等國家在創(chuàng)造無刷雙饋電機，并能應用于交流調速或其他電力電子與電力傳動領域。 雙饋電機既可以實現(xiàn)變速恒頻恒壓發(fā)電，又能夠實現(xiàn)調節(jié)功率因數(shù)，因此被廣泛地應用于電力工業(yè)中。 80 年代中期，前蘇聯(lián)開發(fā)了一臺 50MW 水輪雙饋發(fā)電機與一臺 200MW 的汽輪雙饋電機，并分別能夠被應用在實際生活中。在 80 年代末 90年代初，日本日立公司與東芝公司開發(fā)出不同種類的大功率的雙饋發(fā)電機， 畢業(yè)設計（論文）專用紙 2 并且已經投入到大型抽水蓄能電站中運 用。另外，國外也研究了風能電站、潮汐電站雙饋發(fā)電機。 雙饋電機控制策略 雙饋電機控制策略是雙饋電機調速系統(tǒng)的關鍵技術之一。雙饋電機主要有以下幾種控制策略：矢量控制、直接轉矩控制、直接功率控制等。 （ 1）采用矢量控制 雙饋電機的數(shù)學模型是一個高階、非線性、強耦合的多變量復雜系統(tǒng)。如果不對其進行解耦控制，而在三相靜止坐標系下直接對交流電流進行閉環(huán)控制，效果很不理想。因此，很多學者開始對矢量控制進行研究。在雙饋電機調速系統(tǒng)中，矢量控制的基本方法是通過對雙饋電機的定子電流進行分解，即 分解為勵磁電流與轉矩電流，同時對這兩個量的幅值與相位獨立地控制，從而實現(xiàn)定子電流矢量的控制。通俗地說，矢量控制為了達到對雙饋電機高性能的調速，因此將磁鏈與轉矩進行解耦控制，這樣很容易設計兩者的調節(jié)器。矢量控制成功地解決了交流電動機定子電流轉矩分量和勵磁分量的耦合的難題，從而實現(xiàn)了可以實時地控制交流電動機的電磁轉矩，急劇地提高了交流電動機變壓變頻調速系統(tǒng)的動態(tài)性能。目前，交流電動機矢量控制系統(tǒng)的性能已經可以與直流調速系統(tǒng)的性能相媲美，甚至超過了直流調速的性能。在雙饋電機調速系統(tǒng)中可以作為定向矢量的主要有定子電 壓矢量、轉子電壓矢量、定子電流矢量、轉子電流矢量、定子磁鏈矢量、轉子磁鏈矢量，共 6 個基本矢量。其中，定子電壓定向和定子磁鏈定向比較常用。 （ 2）采用直接轉矩控制 與矢量控制不一樣的在于直接轉矩控