【正文】 舉一個例子，圖4示出了當(dāng)轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶课挥谏葏^(qū)S1時，電機(jī)在次同步狀態(tài)下運(yùn)行時的狀況。二 直接轉(zhuǎn)矩的核心轉(zhuǎn)矩控制是通過改變轉(zhuǎn)子電壓的頻率，幅值，相位和相序來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。關(guān)鍵詞：直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC），雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG），電壓矢量，單位功率因數(shù)，空間矢量調(diào)制。第四章通過曲線圖動態(tài)分析了在風(fēng)速改變時進(jìn)行最大功率跟蹤的一個過程。正好相反，說明轉(zhuǎn)子功率為負(fù)，從電網(wǎng)吸收能量。功率的計(jì)算很簡單，就是電流與電壓的乘積再乘以一個電壓與電流相位差叫的三角函數(shù)值。圖 515電壓矢量在三種坐標(biāo)系下圖 516PLL工作原理圖在Matlab/Simulink的SimPowerSystems/ExtraLibrary/Disctete Control Blocks中有三相的PLL，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖717：圖 517三相PLL模型 網(wǎng)側(cè)變換器（整流器）控制對于轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器的網(wǎng)側(cè)部分，采用電流外環(huán)電壓內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)形式。在圖77中，可以知道空間平面被分成了6個扇區(qū)，所以算法的第一步要判斷矢量所在的扇區(qū)。圖 53三相靜止到兩相靜止坐標(biāo)系的變換根據(jù)式535，我們可以得到如圖73的仿真模型，根據(jù)式536，我們可以得到dq坐標(biāo)系到abc坐標(biāo)系的控制框圖，如圖74。由此可以知道，應(yīng)該把整個網(wǎng)側(cè)變換器的控制環(huán)節(jié)應(yīng)分為兩部分，電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)，圖63是控制框圖。圖 07定子電壓d軸定向矢量圖特別是對于兆瓦級的發(fā)電機(jī)來說，由于其本身的大電感，定子繞組的電壓降可以忽略不計(jì)，所以在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下： （544）現(xiàn)在把定子電壓矢量定在d軸上如圖56所示，得 （545）所以： （546）， （547）我們繼續(xù)處理磁鏈方程： （548）得到定子電流： （549）從而得出功率的進(jìn)一步表達(dá)式： （550）將式（541）、（549）代入式（538），可得轉(zhuǎn)子電壓： （551）其中，將式（549）代入式（550），可得定子功率： （552） 當(dāng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行后，定子端的功率就是其輸出功率的絕對值，所以雙饋發(fā)電機(jī)的輸出功率為： （553）從式（553）我們能夠看出，經(jīng)過定子電壓定向的處理后，有功功率和無功功率實(shí)現(xiàn)了成功解耦，只要控制就可以控制有功功率，只要控制有關(guān)而就可以控制無功功率。在坐標(biāo)變換的過程中應(yīng)保持磁通矢量和旋轉(zhuǎn)角速度不變，這就可認(rèn)為兩種坐標(biāo)系下的磁動勢等效了。其中除主對角線元素以外的元素表達(dá)的都是和其下標(biāo)一致的定子和轉(zhuǎn)子之間的互感，而主對角線上的元素是和它的下標(biāo)一致的繞組的自感。 （53）根據(jù)轉(zhuǎn)差率的表達(dá)式，可以得到其轉(zhuǎn)子繞組的電流頻率： （54）從式54能夠看出，如果想做到恒定頻率電能的輸出，只需保證轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)電流頻率為就行了。 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)在很多發(fā)電機(jī)運(yùn)行的環(huán)境當(dāng)中，驅(qū)動發(fā)電機(jī)的原動機(jī)轉(zhuǎn)速是隨時間一直變化著的，比如水利發(fā)電，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速會隨著水位高度的不同發(fā)生相應(yīng)的變化；同樣在風(fēng)力發(fā)電中，由于風(fēng)速的變化使得風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速也在變化。 （22）我們可以由此得出風(fēng)力機(jī)輸出的機(jī)械功率為： （23）其中，是風(fēng)輪的直徑。再加上我國對稀土永磁材料的限量開發(fā)保護(hù)政策，更將妨礙永磁直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組的發(fā)展，2009年永磁直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組的市場份額約為17％16。雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的核心部件。風(fēng)能利用系數(shù)(見第二章)反映了風(fēng)力機(jī)吸收風(fēng)能的效率，它是一個和風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩、風(fēng)速、和槳距角都有關(guān)系的一個量。風(fēng)力機(jī)單機(jī)容量和風(fēng)電場規(guī)模以及風(fēng)力發(fā)電在電力系統(tǒng)中所占的份額都逐漸增大,風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及風(fēng)電并網(wǎng)與電力系統(tǒng)相互影響越來越受到國內(nèi)外專家學(xué)者廣泛關(guān)注和深入研究。109 MW，107 MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍2。風(fēng)能是一種干凈的自然能源，沒有常規(guī)能源（如煤電，油電）與核電會造成環(huán)境污染的問題。但對于大型風(fēng)電場,風(fēng)電場的退出會導(dǎo)致系統(tǒng)更大的功率缺額,不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。這種變速恒頻的發(fā)電方式還可以使得風(fēng)電機(jī)組和電網(wǎng)系統(tǒng)之間形成良好的柔性連接關(guān)系，這比起傳統(tǒng)的恒速恒頻發(fā)電方式，具有更容易實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)操作和穩(wěn)定運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)。其定子直接掛接在電網(wǎng)上，轉(zhuǎn)子通過三相交直交變換器實(shí)現(xiàn)交流勵磁，電功率則可以通過轉(zhuǎn)子、定子雙通道和電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)交換如圖12所示。2 風(fēng)力機(jī)風(fēng)力機(jī)是風(fēng)電系統(tǒng)中的重要的一個部分，在整個發(fā)電過程中充當(dāng)風(fēng)能捕捉的第一個環(huán)節(jié)，當(dāng)風(fēng)經(jīng)過風(fēng)力機(jī)時，一部分動能作為機(jī)械能傳給發(fā)電機(jī)，中間會經(jīng)過齒輪增速環(huán)節(jié)?？臻g矢量是為了研究的數(shù)學(xué)表達(dá)簡單和方便而來的，因?yàn)?，它把三相交變的物理量表達(dá)成了一個合成的空間矢量，從量的數(shù)量來看，變量數(shù)得到了大大減少，它是一個以電源角頻率為角速度做恒速旋轉(zhuǎn)的空間矢量，這樣，電壓、電流、磁鏈描述起來就簡單了。這是因?yàn)殡p饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度不總是維持在同步轉(zhuǎn)速，基于這個原因雙饋電機(jī)被稱為異步發(fā)電機(jī)，但是，從勵磁這方面來講，雙饋發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)一樣，它就具有專門的勵磁繞組。此時，發(fā)電機(jī)處于同步運(yùn)行狀態(tài)，轉(zhuǎn)子側(cè)既不從電網(wǎng)吸收功率，也不發(fā)出功率，轉(zhuǎn)子勵磁電流為直流量23。定子和轉(zhuǎn)子繞組它們各自三相之間的相對位置是不變的，所以互感值也不會改變。所以： （527） （528）我們將上式寫成矩陣的形式，得 （529）為了我保證變幻前后的總功率不變，可以得到的值為代入上邊矩陣表達(dá)式，得 （530）從式530可以知道，三相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標(biāo)系的變化矩陣， （531）在合成磁動勢相等的條件下，電壓變換矩陣、磁鏈變換矩陣與電流變換矩陣相同。雙饋發(fā)電機(jī)的定子側(cè)繞組和電網(wǎng)直接相連，轉(zhuǎn)子側(cè)通過變頻器來提供勵磁，從大的方面說，目前，雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)所用變頻裝置通常有交交變頻器25 26或交直交變頻器27 28。其次是雙饋電機(jī)輸出無功功率控制，以保證所并電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，本文系統(tǒng)的無功功率設(shè)計(jì)為零，主要來控制功率因數(shù)為1的最大功率跟蹤。表 51逆變器的不同開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的空間矢量表相電壓矢量表達(dá)式矢量標(biāo)號A相B相C相00000000010100111001101110000觀察表73，我們可以用一個模為三相VSR逆變器在不同的開關(guān)組合時的交流側(cè)電壓可用一個模為的空間電壓矢量在復(fù)平面上表示出來，這樣就會得到8條空間矢量，包括六個夾角為60176。 （76）對于不同的扇區(qū)，可以根據(jù)工作時間的值，計(jì)算出各個扇區(qū)對應(yīng)的工作時間表，如表75所示，仿真模型如圖711所示。圖 519直流電壓控制器根據(jù)式（9）得到電流控制器，如圖720，其中，比例積分環(huán)節(jié)的Kp=,Ki=5。圖 64轉(zhuǎn)速標(biāo)幺值圖 65電機(jī)轉(zhuǎn)子a、b兩相電流為了實(shí)現(xiàn)有功的最大功率，無功功率給定為0，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明無功是幾乎等于零的。圖 618輸出電壓頻譜圖 619輸出電流頻譜總結(jié)本文首先分析了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的各個部分，最后通過Matlab/Simulink平臺搭建了仿真模型，得到了和預(yù)期一致的仿真結(jié)果。第七章是運(yùn)用前面章節(jié)講的各部分原理與數(shù)學(xué)模型首先建立了定轉(zhuǎn)子側(cè)的整體控制框圖，最后在Matlab/Simulink平臺上搭建仿真模型。電壓源轉(zhuǎn)換器通過滑環(huán)使得DIFG響應(yīng)風(fēng)速工作在不同轉(zhuǎn)速下[2]。使用磁鏈?zhǔn)噶康南嗔繄D，在所示圖2中，說明其控制方法。如圖5所示，在超同步狀態(tài)下，位于扇區(qū)S1，施加或使轉(zhuǎn)矩減小，施加或增加轉(zhuǎn)矩。如圖2（b）所示，假如給施加（（100），（110），（010），（011），（001），（101））中的任一電壓矢量，角將會增加（也增加），另外，給施加或者（（000）和），角也會增加（也增加）。在本文中，提出了雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG）的一種新型DTC策略，它提供了一種簡單的控制結(jié)構(gòu)并且具有很高的效率。參考文獻(xiàn)[1]:化學(xué)工業(yè)出版社,2006年8月.[2]翟秀靜,劉奎仁,:化學(xué)工業(yè)出版社,2005年9月.[3]Muller S, Deicke M, De Doncker R W. Doubly fed induction generator systems for wind turbines[J]. IEEE Industry Applications Magazine, 2002, 8(3)：2633.[4][S].2011 年 11 月.[5] 2011[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2011.[6]陳永祥，、趨勢及建議[J].裝備機(jī)械，2010，35（4）：1419.[7]:機(jī)械工業(yè)出版社,2006:51一75.[8]林成武，王鳳翔，姚興佳. 變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵磁控制技術(shù)研究[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報, 2003, 23(11)：122125.[9]Tang Y,Xu Flexible Active and Reactive Power Control Strategy for a Variable Speed Constant Frequency Trans on Power Electronics,1996,10(4):472～478[10]劉其輝,賀益康,2003,27(20):62一67.[11]DattaR,2003,18(1):163一168.[12]EduardMuljadi,2001,l(37):240一246[13]EftiehiosKoutroulis,2006,53(2):486一494[14]Hansen L H, Blaabjerg F, Christensen H C et al. Generators and power electronics technology for wind turbines[C]. IEEE Proceeding of IECON’01, 2001.[15]李輝，楊順昌，廖勇. 并網(wǎng)雙饋發(fā)電機(jī)電網(wǎng)電壓定向勵磁控制研究[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報，2003，23(8)：159162．[16]直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)展情況概述[R/O].[17]Krzeminski Z. Senseless multiscalar control of double fed machine for wind power generator [c]. Proc. Of PPC,2002,1:334339[18]姚興佳,韓嵩崟, [J]. 電氣傳動 ,2012,(7).[19]趙佩宏,李建林,鄂春良. ，2009,39（6）[20]LeitheadWE, Conno r B. Co nt rol of Varia ble Speed Wind Turbines:Dynamic Models [J].Iternational Journal of Contro1,2000,73(13):11731188.[21]楊俊華,———變結(jié)構(gòu)控制與魯棒控制[ J ] . 動力工程,2003,23(6):28032809.[22]張鳳閣,[J].太陽能學(xué)報,2012,(12).[23]卞松江，[J].電機(jī)工程學(xué)報，2005，25（16）：5762.[24]趙任德，賀益康，[J].電工技術(shù)學(xué)報，2004，19（6）：16.[25]Yamamoto M, Motoyoshi O. Active and reaactive power control for doubly fed wound rotor induction generator[J]. IEEE Transactions on power electronics, 1991, 6(4)：624629.[26]趙榮祥，尹強(qiáng)，許大中. 磁場定向交流勵磁電機(jī)調(diào)速調(diào)功系統(tǒng)研究[J]. 電工電能新技術(shù), 1998, 17(1)：1519.[27]Datta R, Ranganathan V T. Decoupled control of active and reactive power for a grid connected doubly fed wound rotor induction machine without position sensor[C]. IEEEIAS Annual Meeting, Oct. 1999.[28]Pena R, Clare J C, Asher G M. Doubly fed induction generator using back to back PWM converter and its application to variable speed wind energy generation[J]. IEE Proceeding on Electric Power Applications, 1996, 143(3)：231241.[29][D].上海：上海交通大學(xué)，2009.[30]李東東,2005,25(3):114一119[31]尹明,李庚銀,趙輝,2007,34(5):17一21[