【正文】 。適用于對動態(tài)性能要求不高的場合，如風機、水泵等。 雙饋電機直接轉矩控制在無刷雙饋電機中，由于一套繞組不可控，因此用來使轉矩和磁鏈達到所需方向的矢量是不確定的，這導致傳統(tǒng)的直接轉矩控制方法必須加以改進才能應用無刷雙饋電機。于是提出了基于一套繞組來估計磁鏈和轉矩變化的無刷雙饋電機的直接轉矩控制方法。如果能估計出轉矩及磁鏈的變化，那么控制繞組的給定電壓就可以計算出來，從而得到變頻器的開關函數，控制變頻器使之輸出需要的電流幅值以及頻率。直接轉矩的控制框圖如圖 所示。直接轉矩控制需要測量端電壓、端電流以及轉子速度來估計電機的磁鏈與轉矩。與普通的感應電機控制不同，BDFM 電機需要采用轉子坐標系。這樣，無刷雙饋電機的直接轉矩控制就需要比普通感應電機的直接轉矩控制知道更多的信息，而且在控制算法中要包括一個轉子坐標系到靜止坐標系的轉換。因此，在系統(tǒng)設計中需要對信號的采集與處理進行精心地設計。直接轉矩控制的計算量較大，不能采用一般的微處理器，需要采用高速的微處理器，實時地處理輸入輸出量，因而成本較高，但其性能比標量控制優(yōu)良得多。近來，在直接轉矩控制基礎上又出現了一種模型自適應控制，使無刷雙饋電機對負載慣量的變化圖 無刷雙饋電機的直接轉矩控制框圖不敏感；而直接轉矩控制本身對電機參數的變化不是十分敏感，這樣兩者的結合可以使無刷雙饋電機達到更佳的性能。但這種方法的實現更加復雜，只處于理論仿真階段。 雙饋電機轉子磁場定向控制轉子磁場定向控制采用同步數學模型，忽略了功率繞組的電阻及磁路飽和的ce影響，將無刷雙饋電機分為兩個獨立的子系統(tǒng)。通過由同步坐標系到靜止定子坐標系的轉換，可得瞬時電流值 I ac 、 I bc 、 I cc 。采用雙同步坐標數學模型，獲得了適合于無刷雙饋電機的轉子磁場定向控制策略。無刷雙饋電機的轉子磁場定向控制原理圖如圖 。對無刷雙饋電機實行建立在同步坐標系下的轉子磁場定向控制為一種較好的控制方法，實現難度與感應電機的轉子磁場定向控制相當，動態(tài)性能比較優(yōu)良。雖然在轉子定向控制的推導中采用了一系列假設，但各方面性能還是比較優(yōu)越的，動態(tài)性能介于標量控制和直接轉矩控制之間，可滿足大部分工業(yè)驅動的要求。從難易程度及性能指標考慮，選擇轉子磁場定向控制方式對無刷雙饋電機進行控制較為合適。與普通電機以及無刷雙饋磁阻電機相比，無刷雙饋電機的電路存在著結構復雜，諧波含量大，控制方程式復雜，控制方法復雜，電機的參數變化對電機的控制影響較大等諸多不利的因素。因此用傳統(tǒng)的方法來對無刷雙饋電機進行控制是一件費時費勁而且成效不大的事，控制效果從它的仿真結果圖形中可以看出遠遠沒有達到很理想的效果。圖 無刷雙饋電機的轉子磁場定向控制標量控制、直接轉矩控制和轉子磁場定向控制主要針對于無刷雙饋電機作電動機運行。無刷雙饋發(fā)電機的控制策略目前尚處于探索階段，但是參考無刷雙饋電動機的控制策略，也可以得到一些有益的啟示。根據前文所述的變速恒頻無刷雙饋電機風力發(fā)電功率控制策略，設計 BDFM功率控制系統(tǒng)功率控制系統(tǒng)框圖如圖 ，BDFM 作變速恒頻恒壓風力發(fā)電機運行。整個控制系統(tǒng)采用雙閉環(huán)結構，內環(huán)為電流環(huán)，外環(huán)為功率環(huán)。圖 BDFM 風力發(fā)電功率控制系統(tǒng)框圖內環(huán)是在得到控制繞組勵磁電流命令后，對勵磁電流做閉環(huán)控制。其作用是保證變頻器輸出的勵磁電流與計算出的勵磁命令相符。其反饋量是勵磁三相電流。外環(huán)對給定的有功無功命令做閉環(huán)控制，是實現有功功率和坐標變換的部分，其反饋量是功率繞組輸出的三相電壓和電流。通過電壓和電流反饋，不僅能算出發(fā)電機的有功輸出和無功輸出，還有判定定子磁通方向的作用。為了簡化控制算法，在功率環(huán)中，忽略交叉藕合影響，未加上補償環(huán)節(jié)，但是，由于在電流環(huán)里加上了適當的補償，因此，最后得出的控制繞組電壓指令基本上是準確的，從后面的仿真和實驗結果看出，這種簡化處理未給仿真和實驗結果帶來顯著的影響。發(fā)電機向電網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，另一部分為通過雙向能量流動變頻器從控制繞組輸出或者輸入的功率?？刂葡到y(tǒng)可分為以下 4 個主要部分：(1) 功率估計:通過功率繞組電壓和電流計算出有功功率 P 和無功功率 Q。(2) 磁場估計:通過功率繞組電壓和電流以及位置傳感器信號計算出磁鏈和坐標轉角。(3) 功率控制回路:有功功率指令P 、無功功率指令Q與功率反饋值 P、Q進行比較，差值經 Pi 功率調節(jié)器，得到控制繞組電流有功和無功分量指令 。(4)電流調節(jié)回路:由(3)中計算出來的 Iqc 和 Idc 與控制繞組電流與反饋量比較，其差值送入Pi電流調節(jié)器，調節(jié)后得到控制繞組電壓解禍項分量uqcl和udc1， Δu qc Δu dcu qc 和 u dc，分別加上電壓補償分量和就可獲得控制繞組電壓指令再經旋轉變換后得到控制繞組三相電壓控制指令 u c ? abc ，將它們作為調制波與三角波比較以產生SPWM脈沖去控制開關管IGBT的通斷。隨著變速恒頻風力發(fā)電機組單機容量的增加和大型風電場的出現，風力發(fā)電并網容量不斷增加。因此，為保證并網后電網和風機組的運行效率、安全性和穩(wěn)定性，風電機組與電網間的控制協調問題顯得尤為重要。目前的研究分為兩類：一類是從電網對風電機組的影響出發(fā)，研究如何使風電機組在電網出現故障的時候安全運行；另一類從電網的安全出發(fā)，一方面研究如何減小風力發(fā)電機組并網過程以及正常運行過程對電網的負面影響，另一方面研究如何使風電機組在電網的安全中發(fā)揮自身的作用。目前，變速恒頻風電機組并網控制的研究主要是控制策略的分析和設計，包括電壓調節(jié)策略和頻率調節(jié)策略。前者是目前的研究重點，其控制策略的設計依據風電并網容量的大小而不同。當風電并網容量很小、風電系統(tǒng)輸出功率的任何波動都不足以引起電網較大的調整時，控制策略一般以風能的最大利用率為目標，按著風速大小將機組最佳運行狀態(tài)分為啟動階段、最大風能追蹤階段、恒功率運行階段及切除階段。風電機組由于風速波動而給電網帶來的電壓、頻率影響都由系統(tǒng)承擔。交流勵磁雙饋電機變速恒頻風力發(fā)電技術的一個重要優(yōu)點是雙饋電機可以實現有功無功的獨立靈活控制。一方面系統(tǒng)通過雙饋電機將風能轉化為電能向電網輸送有功功率；另一方面通過控制轉子側的電壓電流，同樣也可以實現定子側向電網發(fā)出或者吸收無功功率。因此，其控制策略是在充分利用風能的基礎上使風電機組參與電網的電壓調節(jié)，在有限范圍內分擔電網的無功潮流，從而提高風電并網質量和系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。隨著風電容量的不斷增加，如何有效調節(jié)風電機組的有功功率和無功功率，使風電機組能合理參與電網電壓、頻率調整是風力發(fā)電技術的一個研究方向。隨著風力發(fā)電機組單機容量的增大，在并網時對電網的沖擊也越大。這種沖擊嚴重時不僅引起電力系統(tǒng)電壓的大幅度下降，并且可能對發(fā)電機和機械部件(塔架、槳葉、增速器等) 造成損壞。如果并網沖擊時間持續(xù)過長，還可能使系統(tǒng)瓦解或威脅其它掛網機組的正常運行。因此，采用合理的并網技術是一個不可忽視的問題。變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機與電網之間是一種柔性連接關系，通過對發(fā)電機轉子電流的控制，就可在變速運行中的任何轉速下滿足并網條件，實現成功并網，這是此類新型發(fā)電方式的優(yōu)勢所在。目前，變速恒頻風力發(fā)電機組的并網方式主要有空載并網，帶獨立負載并網，孤島并網。其中，空載并網和帶獨立負載并網 2 種方式中，轉子勵磁變換器直接與電網相連，雙饋電機定子與電網經過開關相連，而孤島并網方式則是定子與轉子勵磁變換器直接連接，再經過開關連接到電網，電網經過預充電變壓器與直流母線電容連接。從目前國內外文獻可以看出，研究高效低成本的交流勵磁變頻電路拓撲及其控制策略是雙饋電機變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展的關鍵。雙饋電機變速恒頻風力發(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，但仍存在一些問題待解決。在今后的一段時間內，關于變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)交流勵磁的研究應圍繞以下幾個方面開展：①研究低成本高效的交流勵磁變頻電路，有效降低風力發(fā)電的成本；②研究具有較高動態(tài)性能、能適應參數變化、控制算法相對簡單、對電源電壓不對稱有一定適應能力的雙饋電機勵磁控制策略；③研究高性能的無速度傳感器控制策略等。 結論對于風力發(fā)電系統(tǒng)，由于風能和負載的隨機性及不確定性，使得其控制較為復雜。研究簡單、高效、可靠、低價和使用方便的風電系統(tǒng)對于進一步推廣應用具有重要意義?，F代電力電子技術、計算機技術和智能控制理論為深入研究變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)控制提供了強有力的理論和技術支持。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，綜述了國內風力發(fā)電的現狀和風力發(fā)電技術的發(fā)展和研究現狀，明確了本文研究內容。(2)針對各種風力發(fā)電系統(tǒng)結構，分析比較了各種發(fā)電機風力發(fā)電系統(tǒng)原理和優(yōu)缺點。(3)介紹了變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)基本組成及工作原理，調節(jié)風力機輸出功率。(4)分析了雙饋型異步發(fā)電機(DFIG)的運行理論，研究了其運行特征和功率關系，為發(fā)電機的功率控制和勵磁用變換器的設計奠定了理論基礎。本文雖然對其在理論上作了一些研究工作，應該說還是比較膚淺的，在許多方面還有待于學習。致謝論文是在導師高巖老師的精心指導和關懷下完成的，在此向導師表示最衷心的感謝!在整個畢業(yè)設計期間，在學業(yè)得到趙老師的悉心關懷，使我在知識能力和學術水平上都得到了很大的提高，并將終身受益。高老師學識淵博、思維開闊、治學態(tài)度非常嚴謹，特別是高老師對工作一絲不茍、對人處處關心、誨人不倦的作風，為我樹立了為人與治學的榜樣，并將激勵我不斷前進。感謝所有關心、支持和幫助過我的老師、同學和朋友! 作 者： 侯福旭 日 期：2013 年 6月 參考文獻 [1][M].[2][M].[3]王長貴，王淳，董路影， 設與管理[M].[4]付文華，[J].(5):47~49[5]李亞西，武鑫，趙斌，[J]：太陽(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，[J]：上，21(3):205~209[13]彭國平，李帥，魚振民，[J]：，38(4):357~360[14][M].[15][M].[16] MATLAB 仿真[M].機械工業(yè)出[19]許洪華，[J]：太陽能學，01(19):30～35