【正文】 畢業(yè)設(shè)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(zhuǎn)差功率饋送至電網(wǎng)中，或者是由電 網(wǎng)饋入。雙饋電動機調(diào)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(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器的幅值、相位以及頻率來調(diào)節(jié)雙饋電動機定子側(cè)無功功率，因 此被廣泛應(yīng)用于交流電機調(diào)速領(lǐng)域。 本文主要研究雙饋電動機調(diào)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(diào)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(guān)系，接著詳細(xì)地推 導(dǎo)出雙饋電動機在三相靜止坐標(biāo)系上的數(shù) 學(xué)模型。然后采用定子磁鏈定向，推導(dǎo)出雙饋電動機在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 MT 上的數(shù)學(xué)模型。本文采用雙饋電動機轉(zhuǎn)速與定子側(cè)無功功率作為外環(huán)控制目標(biāo)、轉(zhuǎn)子電流在 M、 T 軸上的分量作為內(nèi)環(huán)控制目標(biāo)的雙閉控制系統(tǒng)。該控制策略能夠獨立地調(diào)節(jié)雙饋電動機轉(zhuǎn)速與定子側(cè)無功功率，且能夠?qū)崿F(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(diào)速系統(tǒng)的仿真模型并進(jìn)行仿真分析，驗證了所用控制策略的可行性。 關(guān)鍵詞 ： 雙饋電動機，矢量控制，仿真 畢業(yè)設(shè)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(shè)計（論文）專用紙 III 目 錄 1緒論 ...............................................................1 雙饋電機的發(fā)展?fàn)顩r ...........................................1 雙饋電機控制策略 .............................................2 本文的主要內(nèi)容 ...............................................3 2雙饋電機的數(shù)學(xué)模型及其功率流程分析 ................................4 雙饋電機調(diào)速的工作原理 .......................................4 變頻器 .......................................................5 雙饋電機調(diào)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(xué)模型 .........................7 坐標(biāo)變換 ....................................................11 3雙饋電機的矢量控制技術(shù) ...........................................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(diào)速 系統(tǒng)的仿真 ...........................................24 Simulink 下仿真模型的搭建 ...................................24 仿真結(jié)果及分析 ..............................................26 5總結(jié) ..............................................................30 致謝 ...............................................................31 參考文獻(xiàn) ...........................................................32 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 1 1 緒論 雙饋電機的發(fā)展?fàn)顩r 目前，隨著電力電子技術(shù)、控制理論的發(fā)展，交流電機調(diào)速在電力電子與 電氣傳動領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，從而逐步取代了直流電機調(diào)速的地位。所謂雙 饋電機是指將異步電機的定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組都與交流電網(wǎng)或含電動勢的回路相 連接，使它們可以進(jìn)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(gòu)成的。雙饋電機是電機技術(shù)、電力電子與電力 傳動技術(shù)、以及現(xiàn)代控制技術(shù)發(fā)展而來的產(chǎn)物。雙饋電機的定子端與 50Hz 的大電網(wǎng)直接相連接，而轉(zhuǎn)子端與幅值、相位以及頻率均可調(diào)節(jié)的交流電源相連接。 通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速的大小也可以調(diào)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(diào)節(jié)電網(wǎng)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(diào)節(jié)無功功率，因此用途非常地廣泛。在雙饋調(diào)速系統(tǒng)中，由于通過變頻器的轉(zhuǎn)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(diào)速系統(tǒng)的效率、節(jié)約成本。雙饋電機的調(diào)速范圍可以達(dá)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(dāng)其作為電動機運行時，在不同的帶載情況下，可以靈活地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功功率和轉(zhuǎn)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(jīng)制造了一系列的雙饋電動機，例如：哈爾科夫公司已經(jīng)生產(chǎn)了 315kW 至 20xxkW 的不 同種類的雙饋電動機，而且已經(jīng)大量運用于各種交流調(diào)速傳動領(lǐng)域中 (如風(fēng)機、泵類等負(fù)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(yīng)用于交流調(diào)速或其他電力電子與電力傳動領(lǐng)域。 雙饋電機既可以實現(xiàn)變速恒頻恒壓發(fā)電，又能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)功率因數(shù)，因此被廣泛地應(yīng)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(yīng)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(shè)計（論文）專用紙 2 并且已經(jīng)投入到大型抽水蓄能電站中運 用。另外，國外也研究了風(fēng)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(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。雙饋電機主要有以下幾種控制策略：矢量控制、直接轉(zhuǎn)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(xué)模型是一個高階、非線性、強耦合的多變量復(fù)雜系統(tǒng)。如果不對其進(jìn)行解耦控制，而在三相靜止坐標(biāo)系下直接對交流電流進(jìn)行閉環(huán)控制，效果很不理想。因此，很多學(xué)者開始對矢量控制進(jìn)行研究。在雙饋電機調(diào)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(jìn)行分解，即 分解為勵磁電流與轉(zhuǎn)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(dá)到對雙饋電機高性能的調(diào)速，因此將磁鏈與轉(zhuǎn)矩進(jìn)行解耦控制，這樣很容易設(shè)計兩者的調(diào)節(jié)器。矢量控制成功地解決了交流電動機定子電流轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩，急劇地提高了交流電動機變壓變頻調(diào)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(jīng)可以與直流調(diào)速系統(tǒng)的性能相媲美，甚至超過了直流調(diào)速的性能。在雙饋電機調(diào)速系統(tǒng)中可以作為定向矢量的主要有定子電 壓矢量、轉(zhuǎn)子電壓矢量、定子電流矢量、轉(zhuǎn)子電流矢量、定子磁鏈?zhǔn)噶?、轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶?，? 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(zhuǎn)矩控制 與矢量控制不一樣的在于直接轉(zhuǎn)矩控