【正文】 立了正反轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)坐標系中，分別由各自正，負序分量表示的DFIG電壓，和磁鏈方程。這個模型的優(yōu)點是可以運用陣風(fēng)和階躍風(fēng)，簡單、有效地模擬出任意時刻的風(fēng)速變化。 本章小結(jié)本章分析了雙饋電機不平衡情況下的數(shù)學(xué)建模。然后根據(jù)式(424)和(425)可得正轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)坐標系中雙饋風(fēng)力發(fā)電機的正序分量等效電路，如圖41。對于任意的三相電磁量，由對稱分量法得： (41)其中， (42) (43)式中，為電網(wǎng)電壓的角頻率；和分別表示為正序分量的初相位和幅值，和分別表示為負序分量的初相位和幅值，而下標“+”和“”分別表示正序和負序分量。圖319 不平衡度為3%時定子電流波形圖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。為dq坐標系下轉(zhuǎn)子繞組等效為兩相繞組的自感，且。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 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)，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。目前DFIG風(fēng)電機組的變速恒頻運行主要是通過對轉(zhuǎn)子側(cè)背靠背變流器采用dq軸解耦控制來實現(xiàn)的。 dq coordinatesI 目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景 1 選題的依據(jù)和意義 1 研究不平衡電網(wǎng)下風(fēng)力發(fā)電機特性的意義 1 國內(nèi)外研究動態(tài) 2 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展 2 不對稱電網(wǎng)下DFIG變流器的控制 3 研究的主要內(nèi)容 5第2章 風(fēng)速模型和風(fēng)力機模型的建立 6 風(fēng)速模型的建立 6 風(fēng)力機模型的建立 8 本章小結(jié) 12第3章 雙饋風(fēng)機的建模與輸出特性 13 雙饋風(fēng)力發(fā)電機的運行原理 13 雙饋風(fēng)力發(fā)電機的數(shù)學(xué)模型 14 不平衡度的計算方法 15 雙饋電機正常情況下的仿真 16 雙饋電機不平衡情況下的仿真 20 本章小結(jié) 24第4章 不平衡情況下雙饋風(fēng)機的數(shù)學(xué)模型 26 對稱分量法 26 不平衡條件下雙饋風(fēng)機的數(shù)學(xué)模型 28 與電網(wǎng)連接的雙饋風(fēng)機不平衡情況下的仿真 31 本章小結(jié) 34結(jié)論 35參考文獻 37致謝 39附錄 40III第1章 緒論 第1章 緒論 課題背景 選題的依據(jù)和意義能源是人類經(jīng)濟社會生活不可缺少的一部分，隨著社會的進步，全球能源需求量不斷的增加，而非可再生能源如煤、石油的儲量逐漸減少。首先研究了風(fēng)速和風(fēng)力機的數(shù)學(xué)模型，分別研究了它們的輸出特性。題目類型（ √ ） （ ）題目來源科研課題（ ） 生產(chǎn)實際（ ）自選題目（ √ ） 主要內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容：電網(wǎng)電壓平衡條件下，雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和控制策略；建立電網(wǎng)電壓不平衡條件下雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的模型；采用電網(wǎng)電壓不平衡條件下DFIG的數(shù)學(xué)模型，選取適當(dāng)?shù)目刂颇繕?，設(shè)計基于PR諧振調(diào)節(jié)器不平衡控制策略；研究電網(wǎng)電壓不平衡度大小對雙饋風(fēng)電機組輸出特性的影響。參考資料1. 鄧雅．不平衡電網(wǎng)電壓下雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變流器控制策略研究。研究了在不同的不平衡度下，雙饋風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)矩，以及定子電流等參數(shù)的輸出特性。風(fēng)是一種安全、清潔、充足，大多來自太陽能，屬于能不斷提供的可再生能源。電機轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制以雙饋電機數(shù)學(xué)模型為依據(jù)建立，電網(wǎng)側(cè)變流器的控制以電壓型PWM變流器的數(shù)學(xué)模型建立，在電網(wǎng)電壓平衡時，采用傳統(tǒng)矢量控制方案可使雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)獲得良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能；但當(dāng)電網(wǎng)電壓不平衡時，轉(zhuǎn)統(tǒng)矢量控制的有效性受到影響，必須予以修正。以風(fēng)力發(fā)電機運行方式作為依據(jù)將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分為變速恒頻（Variable Speed Constant Frequency，簡稱VSCF）風(fēng)力發(fā)電和恒速恒頻（Constant Speed Constant Frequency，簡稱CSCF）風(fēng)力發(fā)電[2]。由此看出，設(shè)計DFIG電機側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的變流器的控制系統(tǒng)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行的非常有必要的。網(wǎng)側(cè)逆變器控制內(nèi)環(huán)采用電流前饋控制，并控制負序電流為零，外環(huán)采用電壓環(huán)穩(wěn)定直流電壓[9]。分別建立了它們的數(shù)學(xué)模型，運用Simulink進行了仿真；簡要分析了它們的輸出特性。數(shù)學(xué)公式表達為: (21)式中各分量具體含義如下：(1) 為基本風(fēng)分量，是風(fēng)速模型的平均風(fēng)速；(2) 為陣風(fēng)分量，表示突然變化的風(fēng)速成份，數(shù)學(xué)模型表示為： (22)其中，、為陣風(fēng)開始和持續(xù)時間，為陣風(fēng)的最大風(fēng)速；(3) 為階躍風(fēng)分量，描述的是漸變的風(fēng)速，數(shù)學(xué)模型為： (23)其中，、為階躍風(fēng)的開始、保持和終止時間，為階躍風(fēng)的峰值；(4) 為隨機風(fēng)分量，用matlab里面的白噪聲表示。由于發(fā)電機和風(fēng)力機是通過齒輪箱直接驅(qū)動聯(lián)接，可以用簡單的數(shù)學(xué)模型表示風(fēng)力發(fā)電機的動態(tài)特性，即： (24)式中，是風(fēng)力機風(fēng)輪轉(zhuǎn)動的角速度，rad/s；為風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動慣量，；為發(fā)電機轉(zhuǎn)矩。仿真時，風(fēng)力機處于靜態(tài)時，槳距角為,風(fēng)力機半徑R為15m，所模擬的風(fēng)速為0到15m/s，仿真時間為50s。圖31 變速恒頻雙饋風(fēng)機的拓撲結(jié)構(gòu)圖31表示了雙饋風(fēng)機與電網(wǎng)的連接情況，雙饋電機定子側(cè)直接與電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子側(cè)通過變流器與電網(wǎng)連接，電機側(cè)變流器控制電機的運行，電網(wǎng)側(cè)變流器控制電機與電網(wǎng)的能量交換。而三相靜止坐標變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標需要經(jīng)過兩個步聚：首先是三相靜止坐標到兩相靜止坐標，利用的是clarke變換矩陣： (31)然后是兩相靜止坐標到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系，利用的是Park變換矩陣： (32)進行坐標變換后就可以進行雙饋風(fēng)力發(fā)電機的正常情況下的數(shù)學(xué)建模。在仿真中只需要改三相電壓值就可以改變電壓不平衡度。圖324 不平衡度為3%時定子側(cè)有功和無功功率的波形圖325 不平衡度為10%時定子側(cè)有功和無功功率的波形圖324和325分別表示了不平衡度為3%和10%時定子側(cè)有功和無功功率的波形，可以看到不平衡度時功率出現(xiàn)在脈動，而且不平衡度越大脈動越大，這樣的脈動會給整個發(fā)電系統(tǒng)帶來損耗增大、發(fā)熱增多、過壓、過流等問題。正轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標第以及反轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標系間的坐標變換關(guān)系如下： (414) (415) (416)其中，上標“+”、“”分別是正、反轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標系。仿真分析：，額定電壓690V，額定頻率50Hz,；網(wǎng)側(cè)變換器進