【文章內容簡介】 上能實現(xiàn)無靜差的輸出電壓控制[13]。4. 建立了矢量控制能在在電網(wǎng)正常條件下可以實現(xiàn)對電機側和電網(wǎng)側變流器的良好控制。不平衡電網(wǎng)電壓下的雙dq電流控制策略可以有效抑制電網(wǎng)電壓不平衡所引起的電磁轉矩，直流電壓和輸向電網(wǎng)總功率的脈動,增強雙饋風力發(fā)電機組在電網(wǎng)電壓不平衡下的運行能力[7]。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。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)下雙饋風力發(fā)電 系統(tǒng)并網(wǎng)條件的明顯提升[16]。 研究的主要內容由于雙饋風力發(fā)電機組具有變流器容量小、效率高、并網(wǎng)靈活等優(yōu)點，雙饋風力發(fā)電機組在容量變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)中應用廣泛，電網(wǎng)對風力發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)異常尤其是電網(wǎng)電壓不平衡下的運行，提出了更嚴格的要求，本文著重分析了雙饋風機的建模和它在不平衡情況下的輸出特性。論文主要研究內容如下：首先主要研究了風力發(fā)電機組的兩個基本模塊，包括風速模型和風力機模型。分別建立了它們的數(shù)學模型，運用Simulink進行了仿真；簡要分析了它們的輸出特性。然后，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。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。其次，給出了不平衡度計算方法，建立了不衡度計算模塊，接入到所建立的電機模型中，調節(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。最后，分析了雙饋電機不平衡情況下的數(shù)學建模。利用對稱分量的方法，建立了DFIG在正轉和反轉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，畫出了正反轉坐標系下DFIG的等效電路模型。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。35第2章 風速模型和風力機模型的建立 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。數(shù)學公式表達為: (21)式中各分量具體含義如下：(1) 為基本風分量，是風速模型的平均風速；(2) 為陣風分量，表示突然變化的風速成份，數(shù)學模型表示為： (22)其中，、為陣風開始和持續(xù)時間，為陣風的最大風速；(3) 為階躍風分量，描述的是漸變的風速，數(shù)學模型為： (23)其中，、為階躍風的開始、保持和終止時間，為階躍風的峰值；(4) 為隨機風分量，用matlab里面的白噪聲表示。根據(jù)以上三個式子建立simulink下的風速仿真模型，如圖21所示。在仿真中設定參數(shù)如下：基本風；陣風最大風速，開始時間，持續(xù)時間；階躍風最大風速，開始時間，持續(xù)時間，終止時間。仿真時間為50s。得出的風速仿真波形圖如圖21到24所示。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。圖21 風速模型總圖圖22 陣風模塊仿真圖圖23 階躍風模塊圖24 風速模型仿真圖 風力機模型的建立風力機是風力發(fā)電的重要部分，它以風能作為輸入，輸出機械能。而它輸出機械能的效率取決于風速以及風機的風能利用系數(shù)。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： (24)式中，是風力機風輪轉動的角速度，rad/s；為風輪的轉動慣量，；為發(fā)電機轉矩。由上式可見[17]，當發(fā)電機處于靜態(tài)運行時，風力機輸出的轉矩等于發(fā)電機電磁轉矩。如果風力機處在風速不變化的環(huán)境下運行時，風力機的轉速就能隨著風速發(fā)生變化，風力機的輸出轉矩與發(fā)電機電磁轉矩跟隨風速不斷變化一直到平衡狀態(tài)，所以，風力機的靜態(tài)輸出轉矩影響著風力發(fā)電機組的動態(tài)性能。 風力機的靜態(tài)特性由，風輪捕獲功率P、葉尖速比、功率系數(shù)、風力機轉矩系數(shù)、風力機轉矩表示，分別如下 (25) (26) (27) (28)式中，v為主導風速，m/s；R為風輪葉片半徑，m；為空氣密度。對于，根據(jù)文獻[17]取值如下： (29) (210)式中，，。由式(29)可見，當槳矩角恒定時，在不同風速的情況下，只需要控制風力機使其能保持在最佳的葉尖速比下運行，就可以確保風力機取得最佳功率系數(shù)，實現(xiàn)風能的最大捕獲功率。一般。將(25)到(210)綜合起來用matlab搭建的仿真圖見25到28圖。仿真時，風力機處于靜態(tài)時，槳距角為,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。先假設風速與風輪機轉速成正比K，在仿真時調節(jié)K值，使葉尖速比與捕獲功率達到最大，通過查閱文獻[17]可知，當最佳葉尖速比為8時，捕獲功率最大，所以調K值，使仿真圖中代表葉尖速比的近于8即可。圖25 風力機內部模塊仿真圖圖26 風力機外部模塊仿真圖圖27 Cp計算模塊圖28 轉矩的仿真結果圖 29 捕獲功率的仿真結果 本章小結本章主要研究了風力發(fā)電機組的兩個基本模塊，包括風速模型和風力機模型。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節(jié)參數(shù)使其工作在最佳狀態(tài)。然后Simulink進行了仿真，簡要分析了它們的輸出特性。第3章 雙饋風機的建模與輸出特性 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，轉子側也采用三相分布式交流繞組。鼠籠式感應電機在變頻調速時僅由定子側供電，而雙饋感應電機則不同，它由轉子側和定子側一起饋送電能，所以稱為“雙饋”發(fā)電機。由于雙饋電機由轉子側提供交流勵磁，所以雙饋電機也稱作異步化同步電機或交流勵磁同步電機。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。由于定子側直接與電網(wǎng)連接，所以它的頻率不變，而轉子側受風速變化的影響。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。以代表轉子的轉速，代表定子的轉速。當時，電機處于超同步速運行狀態(tài)，轉子旋轉磁場相對于轉子的旋轉方向與轉子旋轉方向相反，此時定、轉子均向電網(wǎng)饋送電能；當時，電機處于亞同步運行狀態(tài)，轉子旋轉磁場相對于轉子的旋轉方向與轉子旋轉方向相同，交直交變流器向轉子提供交流勵磁，定子向電網(wǎng)饋出電能；當時，勵磁變頻器向轉子提供直流勵磁，此時電機作為普通隱極式同步發(fā)電機運行。當發(fā)電機轉速變化時，可以通過控制電機轉子勵磁電流頻率，保證定子電流頻率恒定不變，實現(xiàn)變速恒頻發(fā)電。 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。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坐標系下的直流分量，這樣分析就變得簡單。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： (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： (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。通過對正常情況下雙饋風力發(fā)電機分析，建立在同步旋轉坐標系(dq)下雙饋電機的數(shù)學模型，建立了雙饋風力發(fā)電機電壓方程，磁鏈方程，電磁轉矩方程和運動方程。(1) 電壓方程 (33)式中：，，分別為定子、轉子電壓的d、q軸分量