【正文】 所引起的電磁轉(zhuǎn)矩，直流電壓和輸向電網(wǎng)總功率的脈動(dòng) ,增強(qiáng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在電網(wǎng)電壓不平衡下的運(yùn)行能力 [7]。仿真時(shí)間為 50s，白噪聲模塊采樣時(shí)間為 。對(duì)于風(fēng)速模型采用常用的四個(gè)分量進(jìn)行模擬，對(duì)于風(fēng)力機(jī)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(biāo)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(biāo)變換了方法對(duì)雙饋電機(jī)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，給出了電機(jī)在 dq 坐標(biāo)系下的電壓方程，磁鏈方程，電磁轉(zhuǎn)矩方程以及機(jī)電運(yùn)動(dòng)方程，利用這些方程，搭建了雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，分析了雙饋電機(jī)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(fēng)機(jī)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(shí)電機(jī)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(shí)電機(jī)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(shí)電機(jī)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(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速的波形，可以看到發(fā)生不平衡時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速有較大的波動(dòng)，尤其是當(dāng)不 平衡度為 10%時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)幅值達(dá)到了 500 轉(zhuǎn)，這對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行是很不利的。而 通過坐標(biāo)變換可以使原來三相 坐標(biāo)下基波正弦變量變換成兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流分量，這樣分析就變得 簡(jiǎn)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(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 2 章 風(fēng)速模型和風(fēng)力機(jī)模型的建立 風(fēng)速模型的建立 本文采用最簡(jiǎn)單的風(fēng)速模型進(jìn)行分析，這種風(fēng)速模型一般包括四種分量：基本風(fēng)，階躍風(fēng)，陣風(fēng)和隨機(jī)風(fēng)。 轉(zhuǎn)子側(cè)變 流器采用正序電流跟蹤的滯環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了電流的無差跟蹤。 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài) 風(fēng)力發(fā)電簡(jiǎn)單來說就是通過風(fēng)輪機(jī)及其控制系統(tǒng)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過程。風(fēng)是一種安全、清潔、充足，大多來自太陽(yáng)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變流器控制策略研究 。 首先研究了 風(fēng)速和風(fēng)力機(jī)的數(shù)學(xué)模型，分別研究了它們 的輸出特性。 目前 DFIG風(fēng)電機(jī)組的變速恒頻運(yùn)行主要是通過對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)背靠背變流器采用 dq 軸解耦控制來實(shí)現(xiàn)的。 雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通過背靠背式 PWM 變流器控制雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，一方面，由于雙饋感應(yīng)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間的電磁關(guān)系，雙饋感應(yīng)電機(jī) 轉(zhuǎn)子側(cè)變流器只需控制轉(zhuǎn)差功率就可以調(diào)節(jié)雙饋感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能的最大捕獲，與直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相比，雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的變流器容量大大減小：另一方面，通過改變電機(jī)側(cè)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(jī)定子側(cè)輸出的有功功率和無功功率，從而實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的單位功率因數(shù)運(yùn)行。 5. 根據(jù)電網(wǎng)電壓跌落幅度對(duì) PS． VS 子功能與 NS. VR 子功能的容量分配算法。得出的風(fēng)速仿真波形圖如圖 21 到 24 所示。然后 Simulink 進(jìn)行了仿真， 簡(jiǎn)要分析了它們的輸出特性。 sL 為 dq 坐標(biāo)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(jì)算方法，建立了不衡度計(jì)算模塊，接入到所第 3 章 雙饋風(fēng)機(jī)的建模與輸出特性 25 建立的電機(jī)模型中，調(diào)節(jié)電壓使電機(jī)分別運(yùn)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(jī)輸出特性的變化情況，得出了一些有用的結(jié)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(shí)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(shí)定子電流波形 圖 319 和 320 表示了不平衡度為 3%和 10%時(shí)時(shí)定子電流的波形，從圖上可以看到不平衡度越大，電 流畸變?cè)酱螅?這種電流在實(shí)際中會(huì)導(dǎo)致定子繞組發(fā)熱，影響電機(jī)壽命。 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 雙饋電機(jī)在 ABC 三相 靜止 坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型 是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合、時(shí)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(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也十分不利。一般 ? ?λ, ? ? 。 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(jī) 在不平衡情況下的輸出特性。 2. 針對(duì)電網(wǎng)電壓不對(duì)稱時(shí)負(fù)序電流對(duì)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(duì)電網(wǎng)電壓的正、負(fù)序分量分別處理。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(dòng)，會(huì)給整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)帶來?yè)p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(jī)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(shè)計(jì)期間的紀(jì)律，按時(shí)答疑； 2．獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)，培養(yǎng)基本的科研能力； 3．設(shè)計(jì)說明書一份（不少于 2 萬(wàn)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(jì)撰寫規(guī)范的要求；論文、圖紙中的文字符號(hào)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)； 4. 完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，并反映在論文中。然后利用坐標(biāo)變換的方法研究了 雙饋 風(fēng)力發(fā)電機(jī)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。背靠背變流器由電網(wǎng)側(cè)變流器 (Grid Side Converter，簡(jiǎn)稱 GSC)和電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器 (Machine Side Converter，簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)直流母線電壓和電網(wǎng)電流的，電機(jī)側(cè)變流器采用定子磁鏈定向 (Stator Flux Oriented，簡(jiǎn)稱 SFO)或定子電壓定向 (Stator Voltage Oriented，簡(jiǎn)稱 SVO)的矢量控制實(shí)現(xiàn)對(duì)雙饋電機(jī)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(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(jī)組的運(yùn)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。通過 Matlab／ Simulink 對(duì) 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(shí)現(xiàn)了風(fēng)電場(chǎng)電網(wǎng)電壓非對(duì)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]。 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(shí)情況下的風(fēng)速變化情況，其中包含時(shí)刻在波動(dòng)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(jī)模型的建立 7 的 陣 風(fēng)， 增大后能保持一段時(shí)間的階躍風(fēng)，以及一直保持的基本風(fēng)。 第 3 章 雙饋風(fēng)機(jī)的建模與輸出特性 13 第 3 章 雙饋風(fēng)機(jī)的建模 與輸出特性 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理 雙饋異步風(fēng)力發(fā) 電機(jī)在結(jié)構(gòu)上與繞線式異步電機(jī)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。 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??。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 第 4 章 不平衡情況下雙饋風(fēng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型 對(duì)稱分量法 在對(duì)稱分量法中，任意三相電壓都可以分解為三相對(duì)稱的 正序分量 af? ，bf? ， cf? 與負(fù)序分量 af? ， bf? ， cf? 以及三個(gè)相等的零序分量，但由于目前所用的雙饋風(fēng)機(jī)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(biāo)系 dq? 、 dq? 中分別由各自的正，負(fù)序分量表示的雙饋電燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 機(jī)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(jī)的數(shù)學(xué)模型 29 ? ? ()r r r r r r rU u ju u u j u u? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?。 第 3 章 雙饋風(fēng)機(jī)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(jì)算模塊時(shí)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 e