【文章內(nèi)容簡介】 的控制，讓轉子轉速跟蹤風力輸出的變化，使定子側輸出的頻率恒定，從而實現(xiàn)變速恒頻。在第二章中，已經(jīng)機那里了DFIG的數(shù)學模型，靜止三相坐標系下的DFIG比較復雜不利于控制系統(tǒng)的設計，同步旋轉坐標系下的DFIG模型則相對簡單，且在同步旋轉坐標下的電流，電壓等矢量都可以看做相對靜止的直流量，從而可以將直流調(diào)速的方法運用到同步旋轉坐標下的家里調(diào)速系統(tǒng)中。 在討論DFIG在三相靜止坐標系下和兩同步速旋轉坐標系下的數(shù)學模型時，定子繞組采用發(fā)電機貫例，定子電流以流出為正；轉子繞組采用電動機慣例，轉子電流以流入 為正。為了便于分析問題，假定條件如下：忽略磁飽和空間諧波，設三相繞組對稱，均為星形連接，磁動勢沿氣隙正弦分布；不考慮溫度對電機參數(shù)的影響；轉子繞組折算到定子側，折算后每相繞組匝數(shù)相等。 三相靜止abc坐標系下的數(shù)學模型 首先列寫靜止坐標系下的DFIG數(shù)學模型，為了便于分析分問題，通常作如下的假設：1）忽略空間諧波，設三相繞組對稱，在空間互差120176。電角度，所產(chǎn)生的磁動勢沿氣隙按爭先規(guī)律分布；2）忽略磁路飽和，認為各繞組的自感和互感都是恒定的；3）忽略鐵心損耗；4）不考慮頻率變化和溫度變化對繞組電阻的影響；5）如沒有特別說明，轉子側的參數(shù)都折算到定子側的參數(shù)，折算后的定子和轉子繞組匝數(shù)相等。 （1）電壓方程 三相定子電壓方程為 （31）三相轉子電壓方程： （32） 式中：uA，uB，uC，ua，ub，uc分別為定、轉子相電壓瞬時值； iA，iB，iC，ia，ib，ic分別為定、轉子相電流瞬時值；A，B，C，a，b，c 分別為定、轉子各項磁鏈。 將其轉化為矩陣形式： （33）（2）磁鏈方程 （34）其中： （35） （36） 。 （37） 式中：是定子一相繞組交鏈的最大互感磁通所對應的定子互感值；是轉子一相繞組交鏈的最大互感磁通所對應的定子互感值；，分別為定、轉子漏電感；為轉子的位置角。（3） 轉矩方程 （38） （4）運動方程 （39） 式中：為風力提供的拖動轉矩；J為機組的轉動慣量。 矢量控制技術是應用最廣泛的一種交流電機控制方式，通過空間矢量坐標變換，三相交流電機模型可等效為兩相電機模型，轉換后電機功率值不變，電機原來的耦合項實現(xiàn)解耦，所需控制目標可達到獨立控制。對于雙饋風力發(fā)電機系統(tǒng)，電機定、轉子的電流分別是工頻和轉差率的交流量，是一個強耦合系統(tǒng)，應用矢量控制技術將實際的交流量分解成有功分量和無功分量，并分別對這兩個分量進行閉環(huán)控制。 所示，三相交流電機的定子轉子電壓、電流、磁鏈均可表示為三相靜止坐標系上的空間矢量投影至兩相靜止坐標系上的空間矢量；投影至旋轉角速度為的兩相旋轉坐標系，可轉變?yōu)榭臻g矢量，靜止坐標系與旋轉坐標系之間的轉換角為。這些變換都為等效變化，即在任何坐標系下，器合成空間矢量都為同一空間矢量S。 空間矢量變換圖 三相靜止坐標系到兩相靜止坐標系的坐標公式： （310） 兩相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系的坐標變換公式： （311）式中，兩相旋轉坐標系與兩相靜止坐標系之間夾角。 由式1 2可得，三相靜止坐標系到兩相靜止坐標系的坐標變換公式： （312） 上述公式左右兩端均乘以系數(shù)矩陣的逆矩陣，即可得到上述坐標變換的逆變公式： （313） （314） （315） 定子磁鏈定向矢量控制 與普通的三相交流電機一樣，三相靜止坐標系下DFIG的數(shù)學模型是一個高階、多變量、非線性、強耦合的系統(tǒng)，很難進行控制系統(tǒng)的分析與設計。為了實現(xiàn)對DFIG有功、無功功率的有效控制，因此必須對其解耦，因而可把交流調(diào)速中的矢量控制技術應用于DFIG的有功、無功解耦控制中，即通過坐標變換，使轉子電流的有功分量與無功分量實現(xiàn)解耦，控制轉子電流的有功分量和無功分量就可以實現(xiàn)DGIG的有功和無功功率的有效、解耦控制，從而實現(xiàn)變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的控制目標。兩相旋轉坐標系下 進一步將靜止坐標系下的DFIG數(shù)學模型轉化為旋轉坐標系下，其電壓方程和磁鏈方程為： （316） （317）考慮到雙饋電機不論是電動狀態(tài)還是發(fā)電狀態(tài)，都始終運行在工頻50Hz樣的頻率下，定子電阻壓降遠比電抗壓降和電機反電視小，通?？梢院雎噪姍C定子繞組電阻。由定子電壓式可以看出，忽略電機定子繞組電阻后，定子磁連矢量，比定子電壓矢量，領先90176。當選擇MT坐標系的M軸沿定向時，有： （318） （319） 為了進行發(fā)電機有功功率P和無功功率Q的獨立調(diào)節(jié)，寫出MT坐標系下發(fā)電機定子的功率表達式為： （320） 式中，3/2為案件布點原則引入的坐標變換系數(shù)，將式（39）帶入（311）得： （321） 根據(jù)磁鏈方程（38）導出定子磁鏈方程并得出： （322） 轉子磁鏈方程轉化有： （323） 根據(jù)同步旋轉電壓方程得到轉子電壓方程： （324）式中：，。 ，為實現(xiàn) 轉子電壓、電流解耦控制的解耦項；，為現(xiàn)出M、T軸轉子電壓、電流分量間交叉耦合的補償項。將轉子電壓分解為解耦項和補償項，就獲得實現(xiàn)P，Q獨立調(diào)節(jié)的MT坐標系中的轉子分量電壓，通過2/3旋轉變換，可得到發(fā)電機轉子三相電壓，次電壓可用作勵磁變頻電源中所需的PWM指令?？刂芇WM變頻器產(chǎn)生所需頻率、大小、相位的三相交流勵磁電壓，就可最終實現(xiàn)發(fā)電機功率控制、轉速調(diào)節(jié)以及最大風能捕獲運行。 轉子側變換器控制 雙饋電機在作發(fā)電機并網(wǎng)時，只要電網(wǎng)電壓保持恒定，矢量控制給予定子磁場的定向控制，采用雙通道分別控制雙饋發(fā)電機轉子電流轉矩分量和勵磁分量的辦法，可實現(xiàn)定子端口有功功率和無功功率的解耦控制。其中轉矩電流分量時采用定子有功功率外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制方式，勵磁電流分量采用定子無功功率外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制方式。這種控制方式被稱為電流控制模式，在速度允許范圍內(nèi)，功率是變化可控的。 兩項同步旋轉坐標系下，在式中， （324）令 從而通過加入前饋補償項到，以消除轉子電流dq分量交叉耦合以及反電勢項的影響，可參考電壓指令值如下： （325） （326）由電磁轉矩方程，電磁轉矩表達式可簡化表示為 （325） 本章總結了DFIG的特點及其在變速恒頻風力發(fā)電中的優(yōu)勢，說明了DFIG實現(xiàn)變速恒頻運行的原理。檔發(fā)電機轉速發(fā)生變化時，可以調(diào)節(jié)轉子勵磁電流頻率從而保持定子輸出電能頻率恒定。介紹了坐標變換理論，推導了DFIG的數(shù)學模型，為交流勵磁變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的運行特征分析和控制方法奠定了理論基礎。第四章 風力發(fā)電機的空載并網(wǎng)控制 從世界各國風電場運行的經(jīng)驗來看，大規(guī)模風電場接入電網(wǎng)的主要問題是電能質(zhì)量問題、電網(wǎng)穩(wěn)定性以及并網(wǎng)過程對電網(wǎng)的沖擊。風力發(fā)電作為一種特殊的電力，具有許多不同于常規(guī)能源的發(fā)電的特點，風電場的并網(wǎng)運行對電網(wǎng)的電能質(zhì)量、安全穩(wěn)定、經(jīng)濟運行等諸多方面帶來的負面影響。隨著風電場規(guī)模的的不斷擴大，風電特性對電網(wǎng)的影響也越來越明顯，成為制約風電場規(guī)模與容量的重要因素。 由于風速的隨機性。風速擾動可引起系統(tǒng)電壓、頻率的變化，嚴重時對系統(tǒng)的