【正文】 將式 (421)、 (422)和 (423)代入式 (419)和 (420)中，整理后，可得正、反轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 dq? 、 dq? 中分別由各自的正，負序分量表示的雙饋電燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 機電壓、磁鏈方程如下： 1sdqs d q s s d q s d qrdqr d q r r d q s l r d qdU R I jdtdU R I jdt? ??? ????? ? ?? ? ???? ? ?? ? ?? ? ? ????? ? ? ??? (424) sdq s sdq m rdqrdq m sdq r rdqL I L IL I L I?? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ?????? (425) 1sdqs d q s s d q s d qrdqr d q r r d q s l r d qdU R I jdtdU R I jdt? ??? ????? ? ?? ? ???? ? ?? ? ? ?? ? ? ????? ? ? ??? (426) sdq s sdq m rdqrdq m sdq r rdqL I L IL I L I?? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ?????? (427) 式中， 1sl r? ? ?? ?? ? 為反 轉(zhuǎn) 滑差角頻率， 1sl r? ? ???為正轉(zhuǎn)滑差角頻率。 第 4 章 不平衡情況下雙饋風(fēng)機的數(shù)學(xué)模型 29 ? ? ()r r r r r r rU u ju u u j u u? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 第 4 章 不平衡情況下雙饋風(fēng)機的數(shù)學(xué)模型 對稱分量法 在對稱分量法中，任意三相電壓都可以分解為三相對稱的 正序分量 af? ，bf? ， cf? 與負序分量 af? ， bf? ， cf? 以及三個相等的零序分量，但由于目前所用的雙饋風(fēng)機采用的大都是三相三線制接線方式，系統(tǒng)中無零序分量通路，所以在這里不考慮零序分量。 第 3 章 雙饋風(fēng)機的建模與輸出特性 21 00 K r p mD i s c r e t e ,T s = 5 e 0 0 5 s .p o w e r g u ini si rU s a b cU a b cU n b a l a n c e_ r a t eU n b a l e n c e d e g r e e8 . 8 5T LP sU a b cG r i d[ V a b c ]Q sP sU a _ b _ c0D i s p l a yu s _ a b cu r du r qT Li s _ a b ci r _ a b cw rD F I G 圖 315 加入不平衡度計算模塊時的 DFIG 1f ( u )f ( u ) K K K s i g n a lm a g n i t u d ea n g l es i g n a lm a g n i t u d ea n g l es i g n a lm a g n i t u d ea n g l eF o u r i e r1 圖 316 不平衡度計算模塊 0 . 10 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 4 0 004 0 0Usabc/vt / s 圖 317 不平衡度為 3%時定子電壓波形 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 4 0 004 0 0Usabc/vt / s 圖 318 不平衡度為 10%時定子電壓波形 在圖 317 和 318 中，通過降低 A 相電壓來使電壓不平衡，該不平衡發(fā)生在 開始 結(jié)束， A 相電壓降低的越多，不平衡度越大。 rL 為 dq 坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)子繞組等效為兩相繞組的自感，且 r m lrL L L??。 當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化時 ， 可以通過控制電機轉(zhuǎn)子勵磁電流頻率 ， 保證定子電流頻率恒定不變 ， 實現(xiàn)變速恒頻發(fā) 電。 第 3 章 雙饋風(fēng)機的建模與輸出特性 13 第 3 章 雙饋風(fēng)機的建模 與輸出特性 雙饋風(fēng)力發(fā)電機的運行原理 雙饋異步風(fēng)力發(fā) 電機在結(jié)構(gòu)上與繞線式異步電機相似，定子采用三相 分布式 繞組，轉(zhuǎn)子側(cè) 也采用三相分布式 交流繞組。 由式 (29)可見，當(dāng)槳矩角 ? 恒定時，在不同風(fēng)速的情況下，只需要控制風(fēng)力機使其能保持在最佳的葉尖速比下運行，就可以確保風(fēng)力機取得最佳功率系數(shù) (λ,)PC ? ，實現(xiàn)風(fēng)能的最大捕獲功率。 從仿真圖上可以看到，這樣的風(fēng)在一定程度上可以反應(yīng)真實情況下的風(fēng)速變化情況，其中包含時刻在波動的白噪聲，偶爾突然增大 瞬間又減小第 2 章 風(fēng)速模型和風(fēng)力機模型的建立 7 的 陣 風(fēng)， 增大后能保持一段時間的階躍風(fēng)，以及一直保持的基本風(fēng)。利用對稱分量的方法，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。通過 Matlab／ Simulink 對 PS． VS 控制及 NS． VR 控制的綜合控制仿真結(jié)果表明，該控 制策略實現(xiàn)了風(fēng)電場電網(wǎng)電壓非對稱狀態(tài)下雙饋第 1 章 緒論 5 風(fēng)力發(fā)電 系統(tǒng)并網(wǎng)條件的明顯提升 [16]。 其主要研究 成如下： 1. 針對電網(wǎng)電壓不對稱故障狀態(tài)下傳統(tǒng)控制策略的缺點，在增強型鎖相環(huán)的基礎(chǔ)上建立了 DHG 轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的改進的控制策略，采用的是抑制轉(zhuǎn)子電流負序分量的方案，此控制策略可有效的減小轉(zhuǎn)子電流的諧波含量，電磁轉(zhuǎn)矩的脈動和電網(wǎng)功率的二次紋 波 [11]。雙饋弄變速恒頻風(fēng) 力發(fā)電系統(tǒng)可以提高風(fēng)能捕獲能力和轉(zhuǎn)換效率，改善并優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電機組的運行條件，是一種優(yōu)化的具有良好應(yīng)用前景的風(fēng)力發(fā)電解決方案。電網(wǎng)電壓不平衡條件下，基 于電網(wǎng)電壓平衡設(shè)計的電網(wǎng)側(cè)變流器的交流側(cè)包含負序分量，直流母線電壓出現(xiàn)波動，影響直流母線電容的壽命 。背靠背變流器由電網(wǎng)側(cè)變流器 (Grid Side Converter，簡稱 GSC)和電機轉(zhuǎn)子側(cè) 變流器 (Machine Side Converter，簡稱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現(xiàn)對直流母線電壓和電網(wǎng)電流的，電機側(cè)變流器采用定子磁鏈定向 (Stator Flux Oriented，簡稱 SFO)或定子電壓定向 (Stator Voltage Oriented，簡稱 SVO)的矢量控制實現(xiàn)對雙饋電機定子輸出有功功率、無功功率的調(diào)節(jié)。此外人們大量使用煤炭、石油和天然氣對大自然造成嚴重破壞，并且嚴重污染地球環(huán)境。然后利用坐標(biāo)變換的方法研究了 雙饋 風(fēng)力發(fā)電機正常情況下的 dq 坐標(biāo)下的 數(shù)學(xué)建模 ,并通過 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。 基 本 要 求 1．遵守畢業(yè)設(shè)計期間的紀(jì)律，按時答疑； 2．獨立完成設(shè)計任務(wù)，培養(yǎng)基本的科研能力； 3．設(shè)計說明書一份（不少于 2 萬字）， A0 圖紙一張；英文資 料翻譯不少于5 千字；說明書要求條理清晰、文筆通順，符合畢業(yè)設(shè)計撰寫規(guī)范的要求；論文、圖紙中的文字符號符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)； 4. 完成相關(guān)的實驗，并反映在論文中。 又 通過文獻了解了不平衡度的計算方法，搭建了不平衡度計算模塊。環(huán)境惡化和能源危機使新能源的尋求成為亟待解決的問題。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。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，會給整個風(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。 在目前的商業(yè)運營中， MW 級變速恒頻風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)品主要有雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和 永磁同步電機直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由于雙饋電機所需的變流器容量較小，既能滿足風(fēng)輪機調(diào)速范圍的要求又降低了變流器的容量，具有較強的價格優(yōu)勢，并且通過采用適當(dāng)?shù)目刂撇呗裕軌驖M足電網(wǎng)對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的要求，雙饋風(fēng)力發(fā)電機組在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 2. 針對電網(wǎng)電壓不對稱時負序電流對定子側(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 中對電網(wǎng)電壓的正、負序分量分別處理。 研究的主要 內(nèi)容 由于雙饋風(fēng)力發(fā)電機組具有變流器容量小、效率高、并網(wǎng)靈活等優(yōu)點，雙饋風(fēng)力發(fā)電機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)電壓不平衡下的運行，提出了更嚴格的要求，本文著重分析了雙饋風(fēng)機的建模和它在不平衡情況下的輸出特性。 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 在不平衡情況下的輸出特性。 S c o p etVw gz h e n g f e n gtVw sj i e y u e f e n g1 5V w bC l o c kB a n d L i m i t e dW h i t e N o i s eA d d 圖 21 風(fēng)速模型總圖 1V w gt 2 Gt 2 Gt 1 Gt 1 G C V G m a xS w i t c h 1S w i t c hf ( u )F c nD i v i d e0C o n s t a n t 20C o n s t a n t 1A d d 1A d d1t 圖 22 陣風(fēng)模塊仿真圖 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 1V w st st st 2 st 2 st 1 st 1 s C V s m a xS w i t c h 3S w i t c h 2S w i t c hP r o d u c t1 u ( 1 ) / u ( 2 )F c n 10C o n s t a n t 1A d d 3A d d 2A d d 1A d d1t 圖 23 階躍風(fēng)模塊 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 01 01 52 02 5時 間 s風(fēng)速m/s 圖 24 風(fēng)速模型仿真圖 風(fēng)力機模型的建立 風(fēng)力機是風(fēng)力發(fā)電的重要部分 ，它以風(fēng)能作為輸入，輸出機械能 。一般 ? ?λ, ? ? 。鼠籠式感應(yīng)電機在變頻調(diào)速時僅由定子側(cè)供電，而雙饋感應(yīng)電機則不同，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。 雙饋風(fēng)力發(fā)電機的數(shù)學(xué)模型 雙饋電機在 ABC 三相 靜止 坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型 是一個非線性、強耦合、時變性的多變量系統(tǒng)，模型較為復(fù)雜，系統(tǒng)分析和求解十分困難，而且對控制系統(tǒng)的設(shè)計也十分不利。 (3)電磁轉(zhuǎn)矩方程 ()e p m sq rd sd rqT n L i i i i= (35) (4)機電運動方程 rel p dwJTT n dt= (36) (5)功率方程 1 .5 ( )1 .5 ( )s sd sd sq sqs sd sd sq sqp u i u iq u i u i? ? ??? ? ? ?? (37) 不平衡度的計算方法 在 文獻 [18]中，介紹了多種不平衡度的計算方法，在這里選擇較為簡單常用的 一種即可。 t / sIsabc/A0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 6 4 202460 . 5 圖 319 不平衡度為 3%時定子電流波形 Isabc/A0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 4 2024t / s 圖 320 不平衡度為 10%時定子電流波形 圖 319 和 320 表示了不平衡度為 3%和 10%時時定子電流的波形，從圖上可以看到不平衡度越大，電流畸變越大， 這種電流在實際中會導(dǎo)致定子繞組發(fā)熱，影響電機壽命。 對于任意的三相電磁量 af ， bf ， cf ，由對稱分量法得： a a ab b bc c cf f ff f ff f f??????????