【正文】 電機組在電網(wǎng)電壓不平衡下的運行能力 [7]。仿真時間為 50s，白噪聲模塊采樣時間為 。對于風速模型采用常用的四個分量進行模擬，對于風力機模型則需要調(diào)節(jié)參數(shù)使其工作在最佳 狀態(tài)。 (2) 磁鏈方程 sd s sd m rdsq s sq m rqrd r rd m sdrq r rq m sqL i L iL i L iL i L iL i L i???????? ???? ???? ??? (34) 式中 , mL 為 dq 坐標系下定、轉(zhuǎn)子同軸等效繞組間的互感，且m sm rmL 1. 5L 1. 5L??。首先通過坐標變換了方法對雙饋電機進行了數(shù)學建模，給出了電 機在 dq 坐標系下的電壓方程，磁鏈方程，電磁轉(zhuǎn)矩方程以及機電運動方程，利用這些方程，搭建了雙饋電機的數(shù)學模型，分析了雙饋電機在正常情況下的輸出特性。 sdq sd sqj? ? ?? ? ?? ? ???, sdq sd sqj? ?? ? ?? ? ???, rdq rd rqj? ? ???? ? ???, rdq rd rqj? ? ?? ? ?? ? ???。 ? ? )(r r r r r r r? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?。 第 3 章 雙饋風機的建模與輸出特性 23 00 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 5 0 005 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 0nt / s 圖 321 不平衡度為 3%時電機轉(zhuǎn)速波形 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 5 0 005 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 02 5 0 0t / sn 圖 322 不平衡度為 10%時電機轉(zhuǎn)速波形 nt / s0 . 2 0 . 2 2 0 . 2 4 0 . 2 6 0 . 2 8 0 . 3 0 . 3 2 0 . 3 4 0 . 3 6 0 . 3 8 0 . 41 2 0 01 3 0 01 4 0 01 5 0 01 6 0 01 7 0 01 8 0 0 圖 323 不平衡度為 3%時 電機轉(zhuǎn)速 到 波形 圖 322 和圖 323 分別表示了不平衡度為 3%和 10%時電機轉(zhuǎn)速的波形，可以看到發(fā)生不平衡時電機轉(zhuǎn)速有較大的波動，尤其是當不平衡度為 10%時轉(zhuǎn)速波動幅值達到了 500 轉(zhuǎn)，這對發(fā)電機運行是很不利的。而 通過坐標變換可以使原來三相 坐標下基波正弦變量變換成兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流分量，這樣分析就變得 簡單。 將 (25)到 (210)綜合起來用 matlab 搭建的仿真圖見 25 到 28 圖 。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 6 第 2 章 風速模型和風力機模型的建立 風速模型的建立 本文采用最簡單的風速模型進行分析，這種風速模型一般包括四種分量：基本風，階 躍風，陣風和隨機風。 轉(zhuǎn)子側變 流器采用正序電流跟蹤的滯環(huán)控制，實現(xiàn)了電流的無差跟蹤。 國內(nèi)外研究動態(tài) 風力發(fā)電簡單來說就是通過風輪機及其控制系統(tǒng)將風能轉(zhuǎn)化為機械能，通過發(fā)電機及其控制系統(tǒng)將機械能轉(zhuǎn)化為電能的過程。風是一種安全、清潔、充足，大多來自太陽能，屬于能不斷提供的可再生能源。 參 考 資 料 1. 鄧雅．不平衡電網(wǎng)電壓下雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)變流器控制策略研究 。 首先研究了 風速和風力機的數(shù)學模型，分別研究了它們 的輸出特性。 目前 DFIG風電機組的變速恒頻運行主要是通過對轉(zhuǎn)子側背靠背變流器采用 dq 軸解耦控制來實現(xiàn)的。 雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)通過背靠背式 PWM 變流器控制雙饋感應發(fā)電機的運行狀態(tài)，一方面，由于雙饋感應電機定、轉(zhuǎn)子之間的電磁關系，雙饋感應電機轉(zhuǎn)子側變流器只需控制轉(zhuǎn)差功率就可以調(diào)節(jié)雙饋感應電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對風能的最大捕獲，與直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)相比，雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的變流器容量大大減?。毫硪环矫妫ㄟ^改變電機側變流器輸出的轉(zhuǎn)子電流幅值和相位來分別調(diào)節(jié)雙饋電機定子側輸出的有功功率和無功功率，從而實現(xiàn)雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的單位功率因數(shù)運行。 5. 根據(jù)電網(wǎng)電壓跌落幅度對 PS． VS 子功能與 NS. VR 子功能的容量分配算法。得出的風速仿真波形圖如圖 21 到 24 所示。然后 Simulink 進行了仿真， 簡要分析了它們的輸出特性。 sL 為 dq 坐標系下定了繞組等效為兩相間繞組的互感，且 s m lsL L L??。 給出了不平衡度計算方法，建立了不衡度計算模塊，接入到所第 3 章 雙饋風機的建模與輸出特性 25 建立的電機模型中，調(diào)節(jié)電壓使電機分別運行在不平衡度為 3%和 5%的情況下，比較分析兩種情況下，電機輸出特性的變化情況，得出了一些有用的結果。 sdq sd sqI i ji? ? ?? ? ???, sdq sd sqI i ji? ? ?? ? ???, rdq rd rqI i ji? ? ?? ? ???, rdq rd rqI i ji? ? ?? ? ???。 ? ? )(s s s s s s sjj? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?。 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致定子繞組發(fā)熱，影響電機壽命。 雙饋風力發(fā)電機的數(shù)學模型 雙饋電機在 ABC 三相 靜止 坐標下的數(shù)學模型 是一個非線性、強耦合、時變性的多變量系統(tǒng)，模型較為復雜，系統(tǒng)分析和求解十分困難，而且對控制系統(tǒng)的設計也十分不利。一般 ? ?λ, ? ? 。 在 Matlab現(xiàn)有的風力發(fā)電模塊中加入不平衡，研究了與電網(wǎng)連接的 雙饋風力發(fā)電機 在不平衡情況下的輸出特性。 2. 針對電網(wǎng)電壓不對稱時負序電流對定子側有功功率、無功功率、電磁轉(zhuǎn)矩和直流側電壓的影響，提出電流正序分量跟蹤控制策略，并在轉(zhuǎn)子側和網(wǎng)側變換器的控制 中對電網(wǎng)電壓的正、負序分量分別處理。雙饋風力發(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。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。 基 本 要 求 1．遵守畢業(yè)設計期間的紀律，按時答疑； 2．獨立完成設計任務，培養(yǎng)基本的科研能力； 3．設計說明書一份（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)行標準； 4. 完成相關的實驗，并反映在論文中。然后利用坐標變換的方法研究了 雙饋 風力發(fā)電機正常情況下的 dq 坐標下的 數(shù)學建模 ,并通過 Matlab 仿真軟件研究了它在正常情況下的輸出特性。背靠背變流器由電網(wǎng)側變流器 (Grid Side Converter，簡稱 GSC)和電機轉(zhuǎn)子側 變流器 (Machine Side Converter，簡稱MSC)構成，其中電網(wǎng)側變流器采用電網(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)。雙饋弄變速恒頻風 力發(fā)電系統(tǒng)可以提高風能捕獲能力和轉(zhuǎn)換效率，改善并優(yōu)化風力發(fā)電機組的運行條件，是一種優(yōu)化的具有良好應用前景的風力發(fā)電解決方案。通過 Matlab／ Simulink 對 PS． VS 控制及 NS． VR 控制的綜合控制仿真結果表明，該控 制策略實現(xiàn)了風電場電網(wǎng)電壓非對稱狀態(tài)下雙饋第 1 章 緒論 5 風力發(fā)電 系統(tǒng)并網(wǎng)條件的明顯提升 [16]。 從仿真圖上可以看到，這樣的風在一定程度上可以反應真實情況下的風速變化情況，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 風速模型和風力機模型的建立 7 的 陣 風， 增大后能保持一段時間的階躍風，以及一直保持的基本風。 第 3 章 雙饋風機的建模與輸出特性 13 第 3 章 雙饋風機的建模 與輸出特性 雙饋風力發(fā)電機的運行原理 雙饋異步風力發(fā) 電機在結構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 也采用三相分布式 交流繞組。 rL 為 dq 坐標系下轉(zhuǎn)子繞組等效為兩相繞組的自感，且 r m lrL L L??。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 26 第 4 章 不平衡情況下雙饋風機的數(shù)學模型 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。 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本科生畢業(yè)設計（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機的數(shù)學模型 29 ? ? ()r r r r r r rU u ju u u j u u? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?。 第 3 章 雙饋風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