【正文】 。適用于對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求不高的場(chǎng)合，如風(fēng)機(jī)、水泵等。 雙饋電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制在無(wú)刷雙饋電機(jī)中，由于一套繞組不可控，因此用來(lái)使轉(zhuǎn)矩和磁鏈達(dá)到所需方向的矢量是不確定的，這導(dǎo)致傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法必須加以改進(jìn)才能應(yīng)用無(wú)刷雙饋電機(jī)。于是提出了基于一套繞組來(lái)估計(jì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩變化的無(wú)刷雙饋電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法。如果能估計(jì)出轉(zhuǎn)矩及磁鏈的變化，那么控制繞組的給定電壓就可以計(jì)算出來(lái)，從而得到變頻器的開(kāi)關(guān)函數(shù)，控制變頻器使之輸出需要的電流幅值以及頻率。直接轉(zhuǎn)矩的控制框圖如圖 所示。直接轉(zhuǎn)矩控制需要測(cè)量端電壓、端電流以及轉(zhuǎn)子速度來(lái)估計(jì)電機(jī)的磁鏈與轉(zhuǎn)矩。與普通的感應(yīng)電機(jī)控制不同，BDFM 電機(jī)需要采用轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系。這樣，無(wú)刷雙饋電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制就需要比普通感應(yīng)電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制知道更多的信息，而且在控制算法中要包括一個(gè)轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系到靜止坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要對(duì)信號(hào)的采集與處理進(jìn)行精心地設(shè)計(jì)。直接轉(zhuǎn)矩控制的計(jì)算量較大，不能采用一般的微處理器，需要采用高速的微處理器，實(shí)時(shí)地處理輸入輸出量，因而成本較高，但其性能比標(biāo)量控制優(yōu)良得多。近來(lái)，在直接轉(zhuǎn)矩控制基礎(chǔ)上又出現(xiàn)了一種模型自適應(yīng)控制，使無(wú)刷雙饋電機(jī)對(duì)負(fù)載慣量的變化圖 無(wú)刷雙饋電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制框圖不敏感；而直接轉(zhuǎn)矩控制本身對(duì)電機(jī)參數(shù)的變化不是十分敏感，這樣兩者的結(jié)合可以使無(wú)刷雙饋電機(jī)達(dá)到更佳的性能。但這種方法的實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜，只處于理論仿真階段。 雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制采用同步數(shù)學(xué)模型，忽略了功率繞組的電阻及磁路飽和的ce影響，將無(wú)刷雙饋電機(jī)分為兩個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)。通過(guò)由同步坐標(biāo)系到靜止定子坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，可得瞬時(shí)電流值 I ac 、 I bc 、 I cc 。采用雙同步坐標(biāo)數(shù)學(xué)模型，獲得了適合于無(wú)刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制策略。無(wú)刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制原理圖如圖 。對(duì)無(wú)刷雙饋電機(jī)實(shí)行建立在同步坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制為一種較好的控制方法，實(shí)現(xiàn)難度與感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制相當(dāng)，動(dòng)態(tài)性能比較優(yōu)良。雖然在轉(zhuǎn)子定向控制的推導(dǎo)中采用了一系列假設(shè)，但各方面性能還是比較優(yōu)越的，動(dòng)態(tài)性能介于標(biāo)量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制之間，可滿(mǎn)足大部分工業(yè)驅(qū)動(dòng)的要求。從難易程度及性能指標(biāo)考慮，選擇轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制方式對(duì)無(wú)刷雙饋電機(jī)進(jìn)行控制較為合適。與普通電機(jī)以及無(wú)刷雙饋磁阻電機(jī)相比，無(wú)刷雙饋電機(jī)的電路存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜，諧波含量大，控制方程式復(fù)雜，控制方法復(fù)雜，電機(jī)的參數(shù)變化對(duì)電機(jī)的控制影響較大等諸多不利的因素。因此用傳統(tǒng)的方法來(lái)對(duì)無(wú)刷雙饋電機(jī)進(jìn)行控制是一件費(fèi)時(shí)費(fèi)勁而且成效不大的事，控制效果從它的仿真結(jié)果圖形中可以看出遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到很理想的效果。圖 無(wú)刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制標(biāo)量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制主要針對(duì)于無(wú)刷雙饋電機(jī)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。無(wú)刷雙饋發(fā)電機(jī)的控制策略目前尚處于探索階段，但是參考無(wú)刷雙饋電動(dòng)機(jī)的控制策略，也可以得到一些有益的啟示。根據(jù)前文所述的變速恒頻無(wú)刷雙饋電機(jī)風(fēng)力發(fā)電功率控制策略，設(shè)計(jì) BDFM功率控制系統(tǒng)功率控制系統(tǒng)框圖如圖 ，BDFM 作變速恒頻恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行。整個(gè)控制系統(tǒng)采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，外環(huán)為功率環(huán)。圖 BDFM 風(fēng)力發(fā)電功率控制系統(tǒng)框圖內(nèi)環(huán)是在得到控制繞組勵(lì)磁電流命令后，對(duì)勵(lì)磁電流做閉環(huán)控制。其作用是保證變頻器輸出的勵(lì)磁電流與計(jì)算出的勵(lì)磁命令相符。其反饋量是勵(lì)磁三相電流。外環(huán)對(duì)給定的有功無(wú)功命令做閉環(huán)控制，是實(shí)現(xiàn)有功功率和坐標(biāo)變換的部分，其反饋量是功率繞組輸出的三相電壓和電流。通過(guò)電壓和電流反饋，不僅能算出發(fā)電機(jī)的有功輸出和無(wú)功輸出，還有判定定子磁通方向的作用。為了簡(jiǎn)化控制算法，在功率環(huán)中，忽略交叉藕合影響，未加上補(bǔ)償環(huán)節(jié)，但是，由于在電流環(huán)里加上了適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，因此，最后得出的控制繞組電壓指令基本上是準(zhǔn)確的，從后面的仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，這種簡(jiǎn)化處理未給仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)顯著的影響。發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸出的功率由兩部分組成，一部分直接從功率繞組輸出的功率，另一部分為通過(guò)雙向能量流動(dòng)變頻器從控制繞組輸出或者輸入的功率。控制系統(tǒng)可分為以下 4 個(gè)主要部分：(1) 功率估計(jì):通過(guò)功率繞組電壓和電流計(jì)算出有功功率 P 和無(wú)功功率 Q。(2) 磁場(chǎng)估計(jì):通過(guò)功率繞組電壓和電流以及位置傳感器信號(hào)計(jì)算出磁鏈和坐標(biāo)轉(zhuǎn)角。(3) 功率控制回路:有功功率指令P 、無(wú)功功率指令Q與功率反饋值 P、Q進(jìn)行比較，差值經(jīng) Pi 功率調(diào)節(jié)器，得到控制繞組電流有功和無(wú)功分量指令 。(4)電流調(diào)節(jié)回路:由(3)中計(jì)算出來(lái)的 Iqc 和 Idc 與控制繞組電流與反饋量比較，其差值送入Pi電流調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)后得到控制繞組電壓解禍項(xiàng)分量uqcl和udc1， Δu qc Δu dcu qc 和 u dc，分別加上電壓補(bǔ)償分量和就可獲得控制繞組電壓指令再經(jīng)旋轉(zhuǎn)變換后得到控制繞組三相電壓控制指令 u c ? abc ，將它們作為調(diào)制波與三角波比較以產(chǎn)生SPWM脈沖去控制開(kāi)關(guān)管IGBT的通斷。隨著變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的增加和大型風(fēng)電場(chǎng)的出現(xiàn)，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)容量不斷增加。因此，為保證并網(wǎng)后電網(wǎng)和風(fēng)機(jī)組的運(yùn)行效率、安全性和穩(wěn)定性，風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)間的控制協(xié)調(diào)問(wèn)題顯得尤為重要。目前的研究分為兩類(lèi)：一類(lèi)是從電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的影響出發(fā)，研究如何使風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)出現(xiàn)故障的時(shí)候安全運(yùn)行；另一類(lèi)從電網(wǎng)的安全出發(fā)，一方面研究如何減小風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)過(guò)程以及正常運(yùn)行過(guò)程對(duì)電網(wǎng)的負(fù)面影響，另一方面研究如何使風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)的安全中發(fā)揮自身的作用。目前，變速恒頻風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)控制的研究主要是控制策略的分析和設(shè)計(jì)，包括電壓調(diào)節(jié)策略和頻率調(diào)節(jié)策略。前者是目前的研究重點(diǎn)，其控制策略的設(shè)計(jì)依據(jù)風(fēng)電并網(wǎng)容量的大小而不同。當(dāng)風(fēng)電并網(wǎng)容量很小、風(fēng)電系統(tǒng)輸出功率的任何波動(dòng)都不足以引起電網(wǎng)較大的調(diào)整時(shí)，控制策略一般以風(fēng)能的最大利用率為目標(biāo)，按著風(fēng)速大小將機(jī)組最佳運(yùn)行狀態(tài)分為啟動(dòng)階段、最大風(fēng)能追蹤階段、恒功率運(yùn)行階段及切除階段。風(fēng)電機(jī)組由于風(fēng)速波動(dòng)而給電網(wǎng)帶來(lái)的電壓、頻率影響都由系統(tǒng)承擔(dān)。交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是雙饋電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)有功無(wú)功的獨(dú)立靈活控制。一方面系統(tǒng)通過(guò)雙饋電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能向電網(wǎng)輸送有功功率；另一方面通過(guò)控制轉(zhuǎn)子側(cè)的電壓電流，同樣也可以實(shí)現(xiàn)定子側(cè)向電網(wǎng)發(fā)出或者吸收無(wú)功功率。因此，其控制策略是在充分利用風(fēng)能的基礎(chǔ)上使風(fēng)電機(jī)組參與電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)，在有限范圍內(nèi)分擔(dān)電網(wǎng)的無(wú)功潮流，從而提高風(fēng)電并網(wǎng)質(zhì)量和系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。隨著風(fēng)電容量的不斷增加，如何有效調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組的有功功率和無(wú)功功率，使風(fēng)電機(jī)組能合理參與電網(wǎng)電壓、頻率調(diào)整是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的一個(gè)研究方向。隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的增大，在并網(wǎng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊也越大。這種沖擊嚴(yán)重時(shí)不僅引起電力系統(tǒng)電壓的大幅度下降，并且可能對(duì)發(fā)電機(jī)和機(jī)械部件(塔架、槳葉、增速器等) 造成損壞。如果并網(wǎng)沖擊時(shí)間持續(xù)過(guò)長(zhǎng)，還可能使系統(tǒng)瓦解或威脅其它掛網(wǎng)機(jī)組的正常運(yùn)行。因此，采用合理的并網(wǎng)技術(shù)是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間是一種柔性連接關(guān)系，通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的控制，就可在變速運(yùn)行中的任何轉(zhuǎn)速下滿(mǎn)足并網(wǎng)條件，實(shí)現(xiàn)成功并網(wǎng)，這是此類(lèi)新型發(fā)電方式的優(yōu)勢(shì)所在。目前，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)方式主要有空載并網(wǎng)，帶獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng)，孤島并網(wǎng)。其中，空載并網(wǎng)和帶獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng) 2 種方式中，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變換器直接與電網(wǎng)相連，雙饋電機(jī)定子與電網(wǎng)經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)相連，而孤島并網(wǎng)方式則是定子與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變換器直接連接，再經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)連接到電網(wǎng)，電網(wǎng)經(jīng)過(guò)預(yù)充電變壓器與直流母線(xiàn)電容連接。從目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)可以看出，研究高效低成本的交流勵(lì)磁變頻電路拓?fù)浼捌淇刂撇呗允请p饋電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵。雙饋電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展到今天，已取得了許多非常有意義得成果，但仍存在一些問(wèn)題待解決。在今后的一段時(shí)間內(nèi)，關(guān)于變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)交流勵(lì)磁的研究應(yīng)圍繞以下幾個(gè)方面開(kāi)展：①研究低成本高效的交流勵(lì)磁變頻電路，有效降低風(fēng)力發(fā)電的成本；②研究具有較高動(dòng)態(tài)性能、能適應(yīng)參數(shù)變化、控制算法相對(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)電源電壓不對(duì)稱(chēng)有一定適應(yīng)能力的雙饋電機(jī)勵(lì)磁控制策略；③研究高性能的無(wú)速度傳感器控制策略等。 結(jié)論對(duì)于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由于風(fēng)能和負(fù)載的隨機(jī)性及不確定性，使得其控制較為復(fù)雜。研究簡(jiǎn)單、高效、可靠、低價(jià)和使用方便的風(fēng)電系統(tǒng)對(duì)于進(jìn)一步推廣應(yīng)用具有重要意義?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能控制理論為深入研究變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制提供了強(qiáng)有力的理論和技術(shù)支持。本文所做的主要工作如下：(1)介紹了本課題的研究背景，闡述了課題的目的和意義，綜述了國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，明確了本文研究?jī)?nèi)容。(2)針對(duì)各種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分析比較了各種發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)原理和優(yōu)缺點(diǎn)。(3)介紹了變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基本組成及工作原理，調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)輸出功率。(4)分析了雙饋型異步發(fā)電機(jī)(DFIG)的運(yùn)行理論，研究了其運(yùn)行特征和功率關(guān)系，為發(fā)電機(jī)的功率控制和勵(lì)磁用變換器的設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。本文雖然對(duì)其在理論上作了一些研究工作，應(yīng)該說(shuō)還是比較膚淺的，在許多方面還有待于學(xué)習(xí)。致謝論文是在導(dǎo)師高巖老師的精心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的，在此向?qū)煴硎咀钪孕牡母兄x!在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，在學(xué)業(yè)得到趙老師的悉心關(guān)懷，使我在知識(shí)能力和學(xué)術(shù)水平上都得到了很大的提高，并將終身受益。高老師學(xué)識(shí)淵博、思維開(kāi)闊、治學(xué)態(tài)度非常嚴(yán)謹(jǐn)，特別是高老師對(duì)工作一絲不茍、對(duì)人處處關(guān)心、誨人不倦的作風(fēng)，為我樹(shù)立了為人與治學(xué)的榜樣，并將激勵(lì)我不斷前進(jìn)。感謝所有關(guān)心、支持和幫助過(guò)我的老師、同學(xué)和朋友! 作 者： 侯福旭 日 期：2013 年 6月 參考文獻(xiàn) [1][M].[2][M].[3]王長(zhǎng)貴，王淳，董路影， 設(shè)與管理[M].[4]付文華，[J].(5):47~49[5]李亞西，武鑫，趙斌，[J]：太陽(yáng)(1):6～7[6][M].[7]王承熙，[M].[8][M].[9][M].[10] [M].[11]楊俊華，吳捷，楊金明，[J]：，(3):39～42[12]馬昕霞，宋明中，馬強(qiáng)，[J]：上，21(3):205~209[13]彭國(guó)平，李帥，魚(yú)振民，[J]：，38(4):357~360[14][M].[15][M].[16] MATLAB 仿真[M].機(jī)械工業(yè)出[19]許洪華，[J]：太陽(yáng)能學(xué)，01(19):30～35