【正文】 G G GGGt t o r t t tV Vt tc o s t t t ttt?? ? ?????? ??? ? ? ? ? ?????? ????? (22) 其中， 1Gt 、 2Gt 為陣風開始和持續(xù)時間 ， GmaxV 為陣風的最大風速； (3) WSV 為階躍風分量，描述的是漸變的風速，數(shù)學模型為： 12212122201S S SSW S Sm ax S SSSSm ax S S St t or t t tttV V t t tttV t t t t? ? ??? ????? ? ? ?? ??????? ? ? ?? (23) 其中， 1St 、 St 、 2St 為 階躍風的開始、保持和 終止時間， SmaxV 為階躍風的峰值； (4) WNV 為隨機風分量，用 matlab 里面的白噪聲表示。由于發(fā)電機和風力機是通過齒輪箱直接驅動聯(lián)接，可以用簡單的數(shù)學模型表示風力發(fā)電機的動態(tài)特性，即： rr a etdJ T Td? ?? (24) 式中， r? 是風力機風輪 轉動的 角速度， rad/s； rJ 為風輪的轉動慣量， ；eT 為發(fā)電機轉矩， kNm? 。仿真時， 采用空氣密度為 ，風力機處于靜態(tài)時，槳距角為 0? ,風力機半徑 R 為 15m，所模擬的風速為 0 到 15m/s，仿真時間為 50s。 風 力 機D F I G齒 輪 箱 雙 饋 感 應 電 機直 流 母 線電 機 側 變 流 器電 網(wǎng) 側 變 流 器變 壓 器L電 網(wǎng) 圖 31 變速恒頻雙饋風機的拓撲結構 圖 31 表示了雙饋風機與電網(wǎng)的連接情況，雙饋電機定子側直接與電網(wǎng)連接，轉子側通過變流器與電網(wǎng)連接，電機側變流器控制電機的運行，電網(wǎng)側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： 3 / 21112 223 33022ssC???????????? (31) 然后是兩相靜止坐標到兩相旋轉坐標系，利用的是 Park 變換矩陣： 2 / 2sr cos sinC sin cos????? ????? (32) 進行 坐標變換 后就可以進行雙饋風力發(fā)電機的正常情況下的數(shù)學建模 。在仿真中只需要改三相電壓值就可以改變 電壓不平衡 度 。再具體分析不平衡度為 3%， 到 發(fā)生不平衡時電機轉速的波動情況，可以看到其波動周期為 ，即頻率為 100HZ，是電網(wǎng)電壓頻率的 2 倍， 這就是后面燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 24 分析的關于不平衡情況下電機運行的 2 倍頻波動。 在討論前，先定義有一個正轉同步旋轉 dq? 坐標系以 1? 的角速度沿逆時針旋轉，而反轉同步坐標系以 1?? 的角速度順時針旋轉。 ? ? ()s s s s s s sI I jI I I j I I? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?。 +++?? + ???? ?? + ???? ?? + ?? ?? ?? + ?? + ?? ?? ?? + ???? ++?? ?? 1 ?? + ?? ?? ?? + ???? ?? ?? ?? ?? + ?? + ?? ?? ?? + ???? ???? ?? +?? ?? ?? + +?? + ?? ?? ?? + 圖 41 正轉同步旋轉 dq? 坐標中 DFIG 的正序分量等效電路 第 4 章 不平衡情況下雙饋風機的數(shù)學模型 31 +++???? ???? ++???? ???? ???? +?? ? ?? ?? ?? ? ?? ? ?? ?? ?? ? ?? ? ???? ?? ? ?? ? ?? ?? ?? ? ?? ? ?? ?? ?? ? ?? ???? ?? ? ?? ? ?? ?? ?? ? ?? ?? 1 ?? ? ?? ?? ?? ? 圖 42 反轉同步旋轉 dq? 坐標中 DFIG 的負序分量等效電路 令 1ω?? ,則可得 (33)可得不平衡電網(wǎng)電壓條件下，正轉同步旋轉 dq? 坐標系中包括正、負分量在內的矢量形式 DFIG 定、轉子電壓和磁鏈方程 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? ??? ???? ? ??? ? ??? ? ? ????? ? ? ??? (428) sdq s sdq m rdqrdq m sdq r rdqL I L IL I L I?? ? ? ?? ? ?? ?????? (429) 根據(jù)式 (417)，可知式 (428)和式 (429)中 12 jts d q s d。 由式 (415)和式 (417)可求得正，反轉同步旋轉坐標系 dq? 、 dq? 中，以各自的正、負序分量表達的靜止 ?? 坐標系中的定、轉子電流、電壓以及磁鏈方程 11j t j ts sdq sdqj t j tr rdq rdqU U e U eU U e U e????????????? ?????? (521) 11j t j ts sdq sdqj t j tr rdq rdqee??????? ? ?? ? ? ??????? ?????? (522) 11j t j ts sdq sdqj t j tr rdq rdqI I e I eI I e I e????????????? ?????? (523) 其中 sdq sd sqU u ju? ? ?? ? ???, sdq sd sqU u ju? ? ?? ? ???, rdq rd rqU u ju? ? ?? ? ???, rdq rd rqU u ju? ? ?? ? ???。 利用式 (414)對 (411)式，分別進行正、反轉同步速旋轉的坐標變換，有 12jtd q d q d q d q d qF F F F F e ??? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? (417) 12jtd q d q d q d q d qF F F F F e ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? (418) 式中 dq d qF f jf? ? ?? ? ???表示正轉同步旋轉坐標 系 中的正序分量，是直流量； dq d qF f jf? ? ?? ? ???表示正轉同步旋轉坐標中 系 的負序分量， 是 二倍頻的交流量； dq d qF f jf? ? ?? ? ???表示反轉同步旋轉坐標系中的負序分量，是直流量； dq d qF f jf? ? ?? ? ???表示反轉同步旋轉坐標系中的 正 序分量， 是二倍頻的交流量。 本章小結 本章研究了電網(wǎng)電壓正常情況下，雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的運行原理及其輸出特性。 雙饋電機 正常情況下 的仿真 利用式 (33)到 (38)搭建了 Matlab 下的仿真模型，各個模塊 的情況 分別如下圖 ： 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 rV a b cT e8 . 8 5T LP Q sU a b cG r i d[ V a b c ]Q sP s[ V a b c ]T eu s _ a b cu r du r qT Li s _ a b ci r _ a b cw rD F I G 圖 32 雙饋風機外部結構 第 3 章 雙饋風機的建模與輸出特性 17 3w r2i r _ a b c1i s _ a b cd q 0t h e t aa b cd q 0t h e t aa b ca b ct h e t adqa b ct h e t adq1s1sQ sP s[ t h e t a _ r 0 ]t h e t a _ st h e t a _ st h e t a _ st h e t a _ st h e t a _ sf ( u )f ( u )U s dU s qU r dU r qT Lwi s di s qi r di r qw rD F I G002 * 5 0 * p i3T L2u r _ a b c1u s _ a b c圖 33 DFIG 內部 模塊 2p h i s q1p h i s d1s1sR sR s5w4i s q3U s q2i s d1U s d 圖 34 定子電壓模塊 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 18 2p h i r q1p h i r d1s1sR rR r5w w r4i r q3U r q2i r d1U r d 圖 35 轉子電壓模塊 4i r q3i r d2i s q1i s d K L r K L sL r K K L s4p h i r q3p h i r d2p h i s q1p h i s d 圖 36 磁鏈計算模塊 1w rS u b t r a c t 1S u b t r a c tP r o d u c t 1P r o d u c t1sT e K G a i n 1 K G a i n5T L4i r q3i r d2i s q1i s d 圖 37 機電運動模塊 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，電機的極對數(shù)為 2，而轉子電壓設為 0，定子電阻為 ，轉子電阻為 ，轉子電感為 ，定子電感為 ，定轉子互感為 ，第 3 章 雙饋風機的建模與輸出特性 19 負載轉矩為 m，轉子的轉動慣量為 。 (1) 電壓方程 sdsd s sd s sqsqsq s sq s sdrdrd r rd sl rqrqrq r rq sl rddu R idtdu R idtdu R idtdu R idt?????????????? ? ????? ? ????? ? ? ???? ? ? ??? (33) 第 3 章 雙饋風機的建模與輸出特性 15 式中： sdu ， squ ， rdu ， rqu 分別為定子、轉子電壓的 d、 q 軸分量； sdi ， sqi ， rdi ， rqi 分別為定子、轉子電流的 d、 q 軸分量 ； sd? ， sq? ， rd? ， rq? 分別為定子、轉子磁鏈的 d、 q 軸分量； sω 、 rω 分別為定、 轉子磁鏈的角速度； slω ω ωsr??為 dq 坐標系相 對于轉子的 電 角速度，稱為轉差角速度。當風速變化引起電機的轉速變化時，電機側變流器可以根據(jù)電機的轉速變化來實時控轉子電流的頻率，從而使電機定子頻率穩(wěn)定，實現(xiàn)雙饋風 力發(fā) 電系統(tǒng)的變速恒頻運行。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 10 4P3T a2C p1yBCpS u b s y s t e mP r o d u c t 3P r o d u c t 2P r o d u c t 1P r o d u c t K G a i n 1u ( 1 ) ^ 3F c n 5u ( 1 ) ^ 2F c n 41 / u ( 1 )F c n 31 / u ( 1 )F c n 2u ( 1 ) ^ 3F c n 1u ( 1 ) ^ 2F c n5w4B3v2R1pλ 圖 25 風力機內部模塊仿真圖 1 . 2 2 5ppRvBwCpT