【正文】 可用來開發(fā)的風(fēng)力資源的地區(qū)占全國(guó)面積的60%以上。背靠背變流器由電網(wǎng)側(cè)變流器(Grid Side Converter，簡(jiǎn)稱GSC)和電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器(Machine Side Converter，簡(jiǎn)稱MSC)構(gòu)成，其中電網(wǎng)側(cè)變流器采用電網(wǎng)電壓定向的矢量控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)直流母線電壓和電網(wǎng)電流的，電機(jī)側(cè)變流器采用定子磁鏈定向(Stator Flux Oriented，簡(jiǎn)稱SFO)或定子電壓定向(Stator Voltage Oriented，簡(jiǎn)稱SVO)的矢量控制實(shí)現(xiàn)對(duì)雙饋電機(jī)定子輸出有功功率、無功功率的調(diào)節(jié)。而在實(shí)際電網(wǎng)中風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般分布在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，這些地區(qū)一般處在電網(wǎng)線路的末端，電網(wǎng)通常比較薄弱，與骨干電網(wǎng)相距較遠(yuǎn)，且偏遠(yuǎn)地區(qū)周邊用電設(shè)備情況相當(dāng)復(fù)雜，在風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)經(jīng)常出現(xiàn)電網(wǎng)電壓不平衡的情況，同時(shí)由于電網(wǎng)各相阻抗的不對(duì)稱性、線路絕緣老化、線路破損等原因，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象。雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸向電網(wǎng)的總有功功率和無功功率也包含脈動(dòng)，會(huì)給整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)帶來損耗增大、發(fā)熱過多、過壓、過流等問題。此外變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與風(fēng)電機(jī)組間的柔性連接，使并網(wǎng)操作更容易實(shí)現(xiàn)。在目前的商業(yè)運(yùn)營(yíng)中，MW級(jí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)品主要有雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和永磁同步電機(jī)直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由于雙饋電機(jī)所需的變流器容量較小，既能滿足風(fēng)輪機(jī)調(diào)速范圍的要求又降低了變流器的容量，具有較強(qiáng)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，并且通過采用適當(dāng)?shù)目刂撇呗?，能夠滿足電網(wǎng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的要求，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)不平衡電網(wǎng)電壓條件下電網(wǎng)側(cè)變流器的建模和控制已有研究[78]，對(duì)不對(duì)稱電網(wǎng)電壓下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行控制和故障穿越也有所研究[910]，對(duì)雙環(huán)控制策略進(jìn)行了深入探討[1113]。2. 針對(duì)電網(wǎng)電壓不對(duì)稱時(shí)負(fù)序電流對(duì)定子側(cè)有功功率、無功功率、電磁轉(zhuǎn)矩和直流側(cè)電壓的影響，提出電流正序分量跟蹤控制策略，并在轉(zhuǎn)子側(cè)和網(wǎng)側(cè)變換器的控制中對(duì)電網(wǎng)電壓的正、負(fù)序分量分別處理。4. 建立了矢量控制能在在電網(wǎng)正常條件下可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)側(cè)和電網(wǎng)側(cè)變流器的良好控制。 研究的主要內(nèi)容由于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有變流器容量小、效率高、并網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在容量變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，電網(wǎng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)異常尤其是電網(wǎng)電壓不平衡下的運(yùn)行，提出了更嚴(yán)格的要求，本文著重分析了雙饋風(fēng)機(jī)的建模和它在不平衡情況下的輸出特性。首先通過坐標(biāo)變換了方法對(duì)雙饋電機(jī)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，給出了電機(jī)在dq坐標(biāo)系下的電壓方程，磁鏈方程，電磁轉(zhuǎn)矩方程以及機(jī)電運(yùn)動(dòng)方程，利用這些方程，搭建了雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，分析了雙饋電機(jī)在正常情況下的輸出特性。在Matlab現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電模塊中加入不平衡，研究了與電網(wǎng)連接的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在不平衡情況下的輸出特性。在仿真中設(shè)定參數(shù)如下：基本風(fēng)；陣風(fēng)最大風(fēng)速，開始時(shí)間，持續(xù)時(shí)間；階躍風(fēng)最大風(fēng)速，開始時(shí)間，持續(xù)時(shí)間，終止時(shí)間。圖21 風(fēng)速模型總圖圖22 陣風(fēng)模塊仿真圖圖23 階躍風(fēng)模塊圖24 風(fēng)速模型仿真圖 風(fēng)力機(jī)模型的建立風(fēng)力機(jī)是風(fēng)力發(fā)電的重要部分，它以風(fēng)能作為輸入，輸出機(jī)械能。如果風(fēng)力機(jī)處在風(fēng)速不變化的環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速就能隨著風(fēng)速發(fā)生變化，風(fēng)力機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩跟隨風(fēng)速不斷變化一直到平衡狀態(tài)，所以，風(fēng)力機(jī)的靜態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩影響著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)性能。一般。圖25 風(fēng)力機(jī)內(nèi)部模塊仿真圖圖26 風(fēng)力機(jī)外部模塊仿真圖圖27 Cp計(jì)算模塊圖28 轉(zhuǎn)矩的仿真結(jié)果圖 29 捕獲功率的仿真結(jié)果 本章小結(jié)本章主要研究了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的兩個(gè)基本模塊，包括風(fēng)速模型和風(fēng)力機(jī)模型。鼠籠式感應(yīng)電機(jī)在變頻調(diào)速時(shí)僅由定子側(cè)供電，而雙饋感應(yīng)電機(jī)則不同，它由轉(zhuǎn)子側(cè)和定子側(cè)一起饋送電能，所以稱為“雙饋”發(fā)電機(jī)。當(dāng)風(fēng)速變化引起電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，電機(jī)側(cè)變流器可以根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化來實(shí)時(shí)控轉(zhuǎn)子電流的頻率，從而使電機(jī)定子頻率穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的變速恒頻運(yùn)行。 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型雙饋電機(jī)在ABC三相靜止坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合、時(shí)變性的多變量系統(tǒng)，模型較為復(fù)雜，系統(tǒng)分析和求解十分困難，而且對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也十分不利。(1) 電壓方程 (33)式中：，分別為定子、轉(zhuǎn)子電壓的d、q軸分量；，分別為定子、轉(zhuǎn)子電流的d、q軸分量；，分別為定子、轉(zhuǎn)子磁鏈的d、q軸分量；、分別為定、轉(zhuǎn)子磁鏈的角速度；為dq坐標(biāo)系相對(duì)于轉(zhuǎn)子的電角速度，稱為轉(zhuǎn)差角速度。(3)電磁轉(zhuǎn)矩方程 (35)(4)機(jī)電運(yùn)動(dòng)方程 (36)(5)功率方程 (37) 不平衡度的計(jì)算方法在文獻(xiàn)[18]中，介紹了多種不平衡度的計(jì)算方法，在這里選擇較為簡(jiǎn)單常用的一種即可。 雙饋電機(jī)正常情況下的仿真利用式(33)到(38)搭建了Matlab下的仿真模型，各個(gè)模塊的情況分別如下圖：圖32 雙饋風(fēng)機(jī)外部結(jié)構(gòu)圖33 DFIG內(nèi)部模塊圖34 定子電壓模塊圖35 轉(zhuǎn)子電壓模塊圖36 磁鏈計(jì)算模塊圖37 機(jī)電運(yùn)動(dòng)模塊仿真參數(shù)如下，定子三相交流電壓頻率為50Hz，幅值380V，初始相位角了0，電機(jī)的極對(duì)數(shù)為2，而轉(zhuǎn)子電壓設(shè)為0，?m，?m2。圖321 不平衡度為3%時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速波形圖322 不平衡度為10%時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速波形圖323 不平衡度為3%圖322和圖323分別表示了不平衡度為3%和10%時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速的波形，可以看到發(fā)生不平衡時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速有較大的波動(dòng)，尤其是當(dāng)不平衡度為10%時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)幅值達(dá)到了500轉(zhuǎn)，這對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行是很不利的。首先通過坐標(biāo)變換了方法對(duì)雙饋電機(jī)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，給出了電機(jī)在dq坐標(biāo)系下的電壓方程，磁鏈方程，電磁轉(zhuǎn)矩方程以及機(jī)電運(yùn)動(dòng)方程，利用這些方程，搭建了雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，分析了雙饋電機(jī)在正常情況下的輸出特性。利用式(31)中的三相靜止坐標(biāo)到兩相靜止坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換公式將式(41)變換后，得到： (44)其中，定義 (45) (46)則有 (47)將式(42)和式(43)分別代入式(45)和式(46)中，有 (48) (49)而在兩相靜止的坐標(biāo)系中，定義電磁量的空間矢量F形式如下 (410)把式(48)和式(49)代到(410)，并參考?xì)W拉公式(，就可以導(dǎo)出如下關(guān)系： (411)其中， (412) (413)式(412) 和(413)中和分別表示了在兩相靜止坐標(biāo)系中的正序空間矢量和負(fù)序的空間矢量，并且它們都是時(shí)間函數(shù)。由式(417)和式(418)可見，電網(wǎng)電壓不平衡條件下，任意電磁量在正、反轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中表現(xiàn)為，直流量和二倍頻率交流分量之和。, , 。同理，根據(jù)式(426)和(427)，可得反轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的負(fù)序分量等效電路，如圖42所示。觀察，在不平衡情況下電機(jī)與電網(wǎng)連接點(diǎn)的電壓和電流、直流母線電壓、定轉(zhuǎn)子電流的變化情況。利用對(duì)稱分量的方法，建立了DFIG在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中分別由各自正，負(fù)序分量表示的DFIG電壓，和磁鏈方程，畫出了正反轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下DFIG的等效電路模型。首先對(duì)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本模塊進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模和 Simulink 仿真包括風(fēng)速、風(fēng)輪、傳動(dòng)系統(tǒng)以及雙饋異步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)建模和仿真。它的缺點(diǎn)是與實(shí)際情況也許相差較大。利用坐標(biāo)變換的方法對(duì)雙饋風(fēng)機(jī)運(yùn)行建模，加深了對(duì)發(fā)電機(jī)電磁關(guān)系的理解和掌握，并進(jìn)行了簡(jiǎn)單的仿真。在Matlab現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電模塊中加入不平衡，研究了與電網(wǎng)連接的風(fēng)力機(jī)在不平衡情況下的輸出特性。2010,11（11）:293012 王宏勝，章 瑋，胡家兵，賀益. 電網(wǎng)電壓不對(duì)稱故障條件下DFIG風(fēng)電機(jī)組控制策略. 浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，2007,7(25):7392?？萍季C述，2010,8(20):5557.致謝 致謝在本論文完成之際,我要向所有曾經(jīng)給予我教導(dǎo)!支持!關(guān)心和幫助的人表示最衷心的感謝!首向我的導(dǎo)師殷桂梁教授表示深深的謝意和敬意!其次向帶我的孫瑞學(xué)長(zhǎng)表示深深的感