【正文】 科技綜述，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)表示深深的感謝。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。它的缺點(diǎn)是與實(shí)際情況也許相差較大。利用對(duì)稱(chēng)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(huà)出了正反轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下DFIG的等效電路模型。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。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)。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。(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。 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型雙饋電機(jī)在A(yíng)BC三相靜止坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)非線(xiàn)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。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(chēng)為“雙饋”發(fā)電機(jī)。一般。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。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。 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。2. 針對(duì)電網(wǎng)電壓不對(duì)稱(chēng)時(shí)負(fù)序電流對(duì)定子側(cè)有功功率、無(wú)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。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(mǎn)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(guò)采用適當(dāng)?shù)目刂撇呗?，能夠滿(mǎn)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。雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸向電網(wǎng)的總有功功率和無(wú)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(lái)?yè)p耗增大、發(fā)熱過(guò)多、過(guò)壓、過(guò)流等問(wèn)題。背靠背變流器由電網(wǎng)側(cè)變流器(Grid Side Converter，簡(jiǎn)稱(chēng)GSC)和電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器(Machine Side Converter，簡(jiǎn)稱(chēng)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流母線(xiàn)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(chēng)SFO)或定子電壓定向(Stator Voltage Oriented，簡(jiǎn)稱(chēng)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(wú)功功率的調(diào)節(jié)。此外人們大量使用煤炭、石油和天然氣對(duì)大自然造成嚴(yán)重破壞，并且嚴(yán)重污染地球環(huán)境。然后利用坐標(biāo)變換的方法研究了雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常情況下的dq坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)建模,并通過(guò)Matlab仿真軟件研究了它在正常情況下的輸出特性。目標(biāo)：給出理論分析和Matlab仿真分析結(jié)果?；疽?．遵守畢業(yè)設(shè)計(jì)期間的紀(jì)律，按時(shí)答疑；2．獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)，培養(yǎng)基本的科研能力；3．設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（不少于2萬(wàn)字），A0圖紙一張；英文資料翻譯不少于5千字；說(shuō)明書(shū)要求條理清晰、文筆通順，符合畢業(yè)設(shè)計(jì)撰寫(xiě)規(guī)范的要求；論文、圖紙中的文字符號(hào)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)；4. 完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，并反映在論文中。又通過(guò)文獻(xiàn)了解了不平衡度的計(jì)算方法，搭建了不平衡度計(jì)算模塊。環(huán)境惡化和能源危機(jī)使新能源的尋求成為亟待解決的問(wèn)題。這些傳統(tǒng)矢量控制均假設(shè)電網(wǎng)電壓理想，即三相電網(wǎng)電壓幅值相等，相位互差120。 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)風(fēng)力發(fā)電簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是通過(guò)風(fēng)輪機(jī)及其控制系統(tǒng)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程。 不對(duì)稱(chēng)電網(wǎng)下DFIG變流器的控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量的不斷提高，風(fēng)電容量在總電網(wǎng)容量中所占的比重越來(lái)越大，這種沒(méi)有考慮電網(wǎng)電壓不平衡控制的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在不平衡的電網(wǎng)電壓下會(huì)產(chǎn)生功率波動(dòng)和機(jī)械振動(dòng)，影響所在區(qū)域電網(wǎng)的穩(wěn)定性，在某些情況下不得不將風(fēng)力發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)中解裂，從而引起局部地區(qū)停電。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器采用正序電流跟蹤的滯環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了電流的無(wú)差跟蹤。論文主要研究?jī)?nèi)容如下：首先主要研究了風(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。35第2章 風(fēng)速模型和風(fēng)力機(jī)模型的建立 第2章 風(fēng)速模型和風(fēng)力機(jī)模型的建立 風(fēng)速模型的建立 本文采用最簡(jiǎn)單的風(fēng)速模型進(jìn)行分析，這種風(fēng)速模型一般包括四種分量：基本風(fēng)，階躍風(fēng)，陣風(fēng)和隨機(jī)風(fēng)。而它輸出機(jī)械能的效率取決于風(fēng)速以及風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)。將(25)到(210)綜合起來(lái)用matlab搭建的仿真圖見(jiàn)25到28圖。由于雙饋電機(jī)由轉(zhuǎn)子側(cè)提供交流勵(lì)磁，所以雙饋電機(jī)也稱(chēng)作異步化同步電機(jī)或交流勵(lì)磁同步電機(jī)。而通過(guò)坐標(biāo)變換可以使原來(lái)三相坐標(biāo)下基波正弦變量變換成兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流分量，這樣分析就變得簡(jiǎn)單。本文選擇的是利用線(xiàn)電壓基波有效值來(lái)計(jì)算不平衡度，公式如下： (38)式中，其中、為線(xiàn)電壓基波有效值。再具體分析不平衡度為3%，即頻率為100HZ，是電網(wǎng)電壓頻率的2倍，這就是后面分析的關(guān)于不平衡情況下電機(jī)運(yùn)行的2倍頻波動(dòng)。在討論前，先定義有一個(gè)正轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系以的角速度沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而反轉(zhuǎn)同步坐標(biāo)系以的角速度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。圖 41 正轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)中DFIG的正序分量等效電路圖 42 反轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)中DFIG的負(fù)序分量等效電路令,則可得(33)可得不平衡電網(wǎng)電壓條件下，正轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中包括正、負(fù)分量在內(nèi)的矢量形式DFIG定、轉(zhuǎn)子電壓和磁鏈方程 (428) (429)根據(jù)式(417)，可知式(428)和式(429)中， 與電網(wǎng)連接的雙饋風(fēng)機(jī)不平衡情況下的仿真利用Matlab中名為“wind_power_balance”的模塊，修改參數(shù)，進(jìn)行仿真。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。風(fēng)力機(jī)的建模采用了簡(jiǎn)化的經(jīng)驗(yàn)公式。41參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn)1 (上) [J]. 節(jié)能與環(huán)保, 2006,(3)。本論文從選題到研究實(shí)驗(yàn)以及論文的撰寫(xiě)都是在殷老師和學(xué)長(zhǎng)的悉心指導(dǎo)下完成的，老師對(duì)學(xué)科未來(lái)研究方向的敏銳洞察和孜孜不倦的教學(xué)態(tài)度使我受益匪淺,特別是在許多關(guān)鍵問(wèn)題上的老師與學(xué)長(zhǎng)的正確指導(dǎo)才使得本論文得以順利完成。三相電壓不平衡度的不同計(jì)算方法對(duì)比。最后，運(yùn)用對(duì)稱(chēng)分量法研究了不平衡條件下，雙饋風(fēng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，建