【正文】 述。可通過定子繞組與電網(wǎng)間的變頻器，把變頻的電壓轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)頻率相同的恒頻電壓。采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制以及網(wǎng)側(cè) PWM 整流的方法把頻率變化的電能轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)頻率相同的恒頻電能, 這樣就實現(xiàn)變速恒頻。 永磁發(fā)電機變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)該系統(tǒng)與籠型變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)類似，只是所采用的發(fā)電機為永磁式發(fā)電機；轉(zhuǎn)子為永磁式結(jié)構(gòu)，無需外部提供勵磁電源，提高了效率。 交流勵磁雙饋型變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)該系統(tǒng)采用的發(fā)電機為轉(zhuǎn)子交流勵磁雙饋發(fā)電機。這是變速恒頻中的優(yōu)化方案。當風速變化引起發(fā)電機轉(zhuǎn)速ωr 變化時，改變轉(zhuǎn)子繞組電流的頻率和旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速ωs ，可使定子旋轉(zhuǎn)磁場ω1 保持恒定，達到變速恒頻的目的。這種采用交流勵磁雙饋發(fā)電機的控制方案除了可實現(xiàn)變速恒頻控制，減小變頻器的容量外，還可實現(xiàn)有功功率、無功功率的靈活控制，對電網(wǎng)而言可起到無功補償?shù)淖饔谩?定子繞組也可只有一套繞組，但需有 6 個出線端，3 個為功率端口，接工頻電網(wǎng)；另外 3 個出線端為控制端口，通過變頻器接電網(wǎng))。無刷雙饋電機中定子的功率繞組和控制繞組的作用,相當于繞線式雙饋電機的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組, 單電機的無刷化比雙電機方案體積小、成本低, 其缺點是電機的設(shè)計比雙電機復雜。 Pp是定子功率繞組的極對數(shù)。盡管這種變速恒頻控制方案是在定子電路實現(xiàn)的，但流過定子控制繞組的功率僅為無刷雙饋發(fā)電機總功率的一小部分。磁場調(diào)制型變速恒頻發(fā)電機系統(tǒng)由一臺專門設(shè)計的三相高頻交流發(fā)電機和一套功率轉(zhuǎn)換電路組成。圖 磁場調(diào)制型變速恒頻風電系統(tǒng)可見，磁場調(diào)制發(fā)電機系統(tǒng)輸出電壓的頻率和相位僅取決于勵磁電流的頻率和相位，而與發(fā)電機的轉(zhuǎn)速無關(guān)。另外，電路輸出波形中諧波分量很小，可以得到相當好的正弦波輸出波形。另外，因其電力電子變換裝置處在主電路中，因而容量要大，提高了成本。由于對無刷雙饋電機的理論研究的不成熟和電力電子技術(shù)器件的限制，早期的無刷雙饋電機都只是對電機本體進行研究，很少涉及到電機的閉環(huán)控制。而電力電子器件和微處理器的發(fā)展，如 IGBT、8XC19DSP等，又進一步促進了無刷雙饋電機的發(fā)展。因為無刷雙饋電機是通過改變變頻器的電壓和頻率來進行調(diào)速的，電機的電流等參數(shù)的諧波含量大，特別是在電機的運行狀態(tài)改變的瞬間電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速波動較大。當負載轉(zhuǎn)矩小于“轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩”，電機相當于Pp極普通異步電機；當負載轉(zhuǎn)矩大于“轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩”時電機就相當于Pp+PC極普通的異步電機。開環(huán)運行于一定的功率因數(shù)時，所對應的變頻器的電壓和相位差計算量大，實際上不容易得到精確的結(jié)果，因此不能有效地控制電機的功率因數(shù)。下面簡要介紹幾種主要的閉環(huán)控制策略。但是幾乎所有可用于感應電機的控制策略都可以經(jīng)過適當?shù)奶幚碇苯佑迷跓o刷雙饋電機的控制中。這就是標量控制的思想。由穩(wěn)態(tài)等效電路的轉(zhuǎn)子電路可得 X pr I p cos φ p = X cr I cr +Irr （）其中 I cr ， I p 分別為控制繞組電流實軸和虛軸分量。標量控制采用算法比較簡單，容易在較低價格的微處理器上實現(xiàn)，可以在一定程度上提高無刷雙饋電機的機電性能。如果能估計出轉(zhuǎn)矩及磁鏈的變化，那么控制繞組的給定電壓就可以計算出來，從而得到變頻器的開關(guān)函數(shù)，控制變頻器使之輸出需要的電流幅值以及頻率。這樣，無刷雙饋電機的直接轉(zhuǎn)矩控制就需要比普通感應電機的直接轉(zhuǎn)矩控制知道更多的信息，而且在控制算法中要包括一個轉(zhuǎn)子坐標系到靜止坐標系的轉(zhuǎn)換。但這種方法的實現(xiàn)更加復雜，只處于理論仿真階段。無刷雙饋電機的轉(zhuǎn)子磁場定向控制原理圖如圖 。與普通電機以及無刷雙饋磁阻電機相比，無刷雙饋電機的電路存在著結(jié)構(gòu)復雜，諧波含量大，控制方程式復雜，控制方法復雜，電機的參數(shù)變化對電機的控制影響較大等諸多不利的因素。根據(jù)前文所述的變速恒頻無刷雙饋電機風力發(fā)電功率控制策略，設(shè)計 BDFM功率控制系統(tǒng)功率控制系統(tǒng)框圖如圖 ，BDFM 作變速恒頻恒壓風力發(fā)電機運行。其反饋量是勵磁三相電流。發(fā)電機向電網(wǎng)輸出的功率由兩部分組成，一部分直接從功率繞組輸出的功率，另一部分為通過雙向能量流動變頻器從控制繞組輸出或者輸入的功率。(4)電流調(diào)節(jié)回路:由(3)中計算出來的 Iqc 和 Idc 與控制繞組電流與反饋量比較，其差值送入Pi電流調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)后得到控制繞組電壓解禍項分量uqcl和udc1， Δu qc Δu dcu qc 和 u dc，分別加上電壓補償分量和就可獲得控制繞組電壓指令再經(jīng)旋轉(zhuǎn)變換后得到控制繞組三相電壓控制指令 u c ? abc ，將它們作為調(diào)制波與三角波比較以產(chǎn)生SPWM脈沖去控制開關(guān)管IGBT的通斷。目前，變速恒頻風電機組并網(wǎng)控制的研究主要是控制策略的分析和設(shè)計，包括電壓調(diào)節(jié)策略和頻率調(diào)節(jié)策略。交流勵磁雙饋電機變速恒頻風力發(fā)電技術(shù)的一個重要優(yōu)點是雙饋電機可以實現(xiàn)有功無功的獨立靈活控制。隨著風力發(fā)電機組單機容量的增大，在并網(wǎng)時對電網(wǎng)的沖擊也越大。變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機與電網(wǎng)之間是一種柔性連接關(guān)系，通過對發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的控制，就可在變速運行中的任何轉(zhuǎn)速下滿足并網(wǎng)條件，實現(xiàn)成功并網(wǎng)，這是此類新型發(fā)電方式的優(yōu)勢所在。雙饋電機變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展到今天，已取得了許多非常有意義得成果，但仍存在一些問題待解決?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)和智能控制理論為深入研究變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)控制提供了強有力的理論和技術(shù)支持。(4)分析了雙饋型異步發(fā)電機(DFIG)的運行理論，研究了其運行特征和功率關(guān)系，為發(fā)電機的功率控制和勵磁用變換器的設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)。感謝所有關(guān)心、支持和幫助過我的老師、同學和朋友! 作 者： 侯福旭 日 期：2013 年 6月 參考文獻 [1][M].[2][M].[3]王長貴，王淳，董路影， 設(shè)與管理[M].[4]付文華，[J].(5):47~49[5]李亞西，武鑫，趙斌，[J]：太陽(1):6～7[6][M].[7]王承熙，[M].[8][M].[9][M].[10] [M].[11]楊俊華，吳捷，楊金明，[J]：，(3):39～42[12]馬昕霞，宋明中，馬強，[J]：上，21(3):205~209[13]彭國平，李帥，魚振民，[J]：，38(4):357~360[14][M].[15][M].[16] MATLAB 仿真[M].機械工業(yè)出[19]許洪華，[J]：太陽能學，01(19):30～35。致謝論文是在導師高巖老師的精心指導和關(guān)懷下完成的，在此向?qū)煴硎咀钪孕牡母兄x!在整個畢業(yè)設(shè)計期間，在學業(yè)得到趙老師的悉心關(guān)懷，使我在知識能力和學術(shù)水平上都得到了很大的提高，并將終身受益。(2)針對各種風力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分析比較了各種發(fā)電機風力發(fā)電系統(tǒng)原理和優(yōu)缺點。 結(jié)論對于風力發(fā)電系統(tǒng)，由于風能和負載的隨機性及不確定性，使得其控制較為復雜。其中，空載并網(wǎng)和帶獨立負載并網(wǎng) 2 種方式中，轉(zhuǎn)子勵磁變換器直接與電網(wǎng)相連，雙饋電機定子與電網(wǎng)經(jīng)過開關(guān)相連，而孤島并網(wǎng)方式則是定子與轉(zhuǎn)子勵磁變換器直接連接，再經(jīng)過開關(guān)連接到電網(wǎng)，電網(wǎng)經(jīng)過預充電變壓器與直流母線電容連接。如果并網(wǎng)沖擊時間持續(xù)過長，還可能使系統(tǒng)瓦解或威脅其它掛網(wǎng)機組的正常運行。因此，其控制策略是在充分利用風能的基礎(chǔ)上使風電機組參與電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)，在有限范圍內(nèi)分擔電網(wǎng)的無功潮流，從而提高風電并網(wǎng)質(zhì)量和系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。當風電并網(wǎng)容量很小、風電系統(tǒng)輸出功率的任何波動都不足以引起電網(wǎng)較大的調(diào)整時，控制策略一般以風能的最大利用率為目標，按著風速大小將機組最佳運行狀態(tài)分為啟動階段、最大風能追蹤階段、恒功率運行階段及切除階段。因此，為保證并網(wǎng)后電網(wǎng)和風機組的運行效率、安全性和穩(wěn)定性，風電機組與電網(wǎng)間的控制協(xié)調(diào)問題顯得尤為重要。(2) 磁場估計:通過功率繞組電壓和電流以及位置傳感器信號計算出磁鏈和坐標轉(zhuǎn)角。通過電壓和電流反饋，不僅能算出發(fā)電機的有功輸出和無功輸出，還有判定定子磁通方向的作用。圖 BDFM 風力發(fā)電功率控制系統(tǒng)框圖內(nèi)環(huán)是在得到控制繞組勵磁電流命令后，對勵磁電流做閉環(huán)控制。圖 無刷雙饋電機的轉(zhuǎn)子磁場定向控制標量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)子磁場定向控制主要針對于無刷雙饋電機作電動機運行。雖然在轉(zhuǎn)子定向控制的推導中采用了一系列假設(shè)，但各方面性能還是比較優(yōu)越的，動態(tài)性能介于標量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制之間，可滿足大部分工業(yè)驅(qū)動的要求。通過由同步坐標系到靜止定子坐標系的轉(zhuǎn)換，可得瞬時電流值 I ac 、 I bc 、 I cc 。直接轉(zhuǎn)矩控制的計算量較大，不能采用一般的微處理器，需要采用高速的微處理器，實時地處理輸入輸出量，因而成本較高，但其性能比標量控制優(yōu)良得多。直接轉(zhuǎn)矩控制需要測量端電壓、端電流以及轉(zhuǎn)子速度來估計電機的磁鏈與轉(zhuǎn)矩。 雙饋電機直接轉(zhuǎn)矩控制在無刷雙饋電機中，由于一套繞組不可控，因此用來使轉(zhuǎn)矩和磁鏈達到所需方向的矢量是不確定的，這導致傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法必須加以改進才能應用無刷雙饋電機。標量控制利用反饋，采用簡單 PI 調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)給定，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。功率繞組的電流電壓的有效值可以被檢測出來，其它需要在功率因數(shù)控制中用到的量可以通過圖 所示的穩(wěn)態(tài)等效電路計算出來。 雙饋電機標量控制無刷雙饋電機的理想工作方式是雙饋同步運行方式。因此有必要對無刷雙饋電機的各種閉環(huán)控制方法進行研究。電機的參數(shù)如電阻等易受外界的影響而改變，參數(shù)的變化和測定的正確與否直接影響控制的成功實現(xiàn)。④ 開環(huán)運行，不能有效地發(fā)揮無刷雙饋電機的優(yōu)勢。因為變頻器輸出的電流存在豐富的諧波分量，所以無刷雙饋電機的損耗就比一般的異步電機要大。如前蘇聯(lián)系列化生產(chǎn) 315 2000kW 的雙饋電機調(diào)速系統(tǒng)；日立公司在 90 年代初研制容量高達 395kW 的雙饋發(fā)電機系統(tǒng)，并己在抽水蓄能電站投入使用；西門子公司生產(chǎn)了 5005000kW 系列恒頻恒壓雙饋發(fā)電機系統(tǒng)。80 年代末 90 年代初，無刷雙饋電機動態(tài)數(shù)學模型和兩軸數(shù)學模型的建立，為無刷雙饋電機的動態(tài)仿真和控制性能的優(yōu)化提供了堅實的基礎(chǔ)。直接轉(zhuǎn)矩控制是大約在十五年前由德國和日本的研究人員提出的，在過去十年中得到大量的研究，現(xiàn)在 ABB 公司己向市場推出了直接轉(zhuǎn)矩控制的傳動產(chǎn)品，使得人們對直接轉(zhuǎn)矩控制的研究興趣增加，將來在直接轉(zhuǎn)矩控制中將會用到人工智能技術(shù)，并將完全地不需要常規(guī)的電機數(shù)學模型了。它的缺點是若想得到三相