【正文】 與風(fēng)能利用系數(shù)直接相關(guān)，風(fēng)能利用系數(shù)越大，吸收風(fēng)能的效果越好，在該給定轉(zhuǎn)速下風(fēng)機(jī)對(duì)風(fēng)能的利用系數(shù)最大為=。從仿真中的曲線我們可以了解到，風(fēng)機(jī)的輸出功率，與其對(duì)風(fēng)能的利用率有直接關(guān)系，因此，為了提高風(fēng)機(jī)輸出功率，我們可以提高其對(duì)風(fēng)能的利用率。（4）分析完有功功率，下面我們要看一下無(wú)功功率是怎樣變化的，有功功率是經(jīng)過(guò)計(jì)算出來(lái)的額，是實(shí)時(shí)變化的，但是無(wú)功功率在該系統(tǒng)中是我們給定的任意值。1）有功功率是風(fēng)機(jī)發(fā)出的功率，無(wú)功功率是給定值圖326風(fēng)能利用系數(shù)曲線與風(fēng)機(jī)發(fā)出功率的曲線 Power curve power coefficient curve and the fan issue2）有功功率是風(fēng)機(jī)發(fā)出的功率，無(wú)功功率是給定值，Q=1000W。圖327風(fēng)力機(jī)輸出有功功率和電機(jī)輸出的無(wú)功功率的比較 Comparison of wind turbine output active power and motor output of reactive power從仿真中可以看出無(wú)功功率的值并不會(huì)影響有功功率的輸出，二者之間已經(jīng)達(dá)到了解耦。（5）定子上的電壓和電流的乘積就是電機(jī)的輸出的功率，而電壓與電流的相位體現(xiàn)著定子側(cè)輸出的有功無(wú)功的大小。1）給定的無(wú)功功率為Q=0W時(shí)的定子A相電壓與電流的關(guān)系iAuA圖328電機(jī)給定的無(wú)功功率曲線與電機(jī)A想電壓、電流變化曲線 Motor given reactive power curve and A change to voltage, current curveiAuA圖329系統(tǒng)穩(wěn)定后電壓與電流的波形圖 After stabilizing the system voltage and current waveforms從圖中我們可以看到此時(shí)電壓與電流的相位恰好相差180176。，此時(shí)電機(jī)定子側(cè)向電網(wǎng)發(fā)出的能量均為有功功率，發(fā)出的無(wú)功功率的值為零。2）給定的無(wú)功功率為Q=1000W時(shí)，定子A相電壓與A相電流的仿真波形圖如下所示。uAiA 圖330電機(jī)給定的無(wú)功功率曲線與電機(jī)A想電壓、電流變化曲線iA Motor given reactive power curve and A change to voltage, current curve uA圖331系統(tǒng)穩(wěn)定后電壓與電流的波形圖 After stabilizing the system voltage and current waveforms從圖中我們可以看到此時(shí)電壓與電流的相位錯(cuò)開(kāi)一定的角度。3）給定的無(wú)功功率為Q=1000W時(shí)，定子A相電壓與A相電流的仿真波形圖如下所示。iAuA圖332電機(jī)給定的無(wú)功功率曲線與電機(jī)A想電壓、電流變化曲線 Motor given reactive power curve and A change to voltage, current curveuAiA圖333系統(tǒng)穩(wěn)定后電壓與電流的波形圖 After stabilizing the system voltage and current waveforms從圖中我們可以看到此時(shí)電壓與電流的相位錯(cuò)開(kāi)一定的角度，且與上一種情況錯(cuò)開(kāi)的角度方向相反。從以上的仿真中我們可以得出結(jié)論，電機(jī)輸出相電壓與電流之間的角度與無(wú)功功率的大小和方向有關(guān)系。（6）定子電流與轉(zhuǎn)子電流的關(guān)系圖334定子電流Iq與轉(zhuǎn)子電流Iq的變化曲線 Changes stator current Iq and rotor current Id curved圖335定子電流Id與轉(zhuǎn)子電流Id的變化曲線 Changes stator current Id and rotor current Iq curve為了可以獨(dú)立的控制電機(jī)定子側(cè)輸出的有功和無(wú)功的功率，使兩者的值互相不影響，我們需要通過(guò)解耦控制，將其進(jìn)行分解，由于定轉(zhuǎn)子的電流之間存在一定的關(guān)系，如下圖所示，因此當(dāng)我們控制轉(zhuǎn)子電流的時(shí)候定子側(cè)的電流就會(huì)受到相應(yīng)的影響。（7）轉(zhuǎn)子電流與定子功率之間的關(guān)系由于電磁感應(yīng)的存在轉(zhuǎn)子電流的大小會(huì)影響定子側(cè)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流改變時(shí)，定子側(cè)產(chǎn)生的感應(yīng)電流會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，然而，一旦定子電流的值改變了，定子側(cè)的功率就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，具體的變化情況如圖336所示。t/s圖336 電機(jī)轉(zhuǎn)子電流Id與發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的變化曲線 Rotor current Id and generator reactive power curve圖337電機(jī)轉(zhuǎn)子電流Iq與發(fā)電機(jī)有功功率的變化曲線 Changes in motor Iq and generator rotor current active curve（8）通過(guò)轉(zhuǎn)子計(jì)算出來(lái)的功率與實(shí)際功率之間的曲線關(guān)系圖338通過(guò)轉(zhuǎn)子電流計(jì)算得到的有功功率與實(shí)際功率的曲線 Active power and the actual power curve obtained by calculating the rotor current圖339通過(guò)轉(zhuǎn)子電流計(jì)算得到的無(wú)功功率與實(shí)際功率的曲線 Rotor current calculated by reactive power and actual power curve如圖所示的曲線證明可以通過(guò)轉(zhuǎn)子側(cè)的電流來(lái)計(jì)算定子側(cè)的輸出功率的值，那么我們就可以通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子電流的控制，從而控制定子側(cè)生成的有、無(wú)功率的大小了。 無(wú)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的建模本文主要是通過(guò)雙饋電機(jī)中電機(jī)定子電流，轉(zhuǎn)子電流等的檢測(cè)獲取速度和位置信號(hào)。該方法原理簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)。由雙饋電機(jī)的原理可知，對(duì)于雙饋電機(jī)來(lái)說(shuō)，其定子接電網(wǎng)，定子上的角頻率等于電網(wǎng)的工頻頻率[38]。 (354)其中：—同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)差率；—是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；—是定子同步轉(zhuǎn)速。由公式可以看出只要確定電機(jī)定子側(cè)同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子三相電的頻率就可以得到電機(jī)轉(zhuǎn)速[39]。圖340無(wú)速度傳感器控制矢量圖 Vector control without speed sensor（1）定子側(cè)角度觀測(cè)法定子側(cè)三相電流、經(jīng)過(guò)變換后，可得 = (355) (356)（2）電流轉(zhuǎn)子位置觀測(cè)法如圖（340），與之間的角為，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)為定值。與轉(zhuǎn)子的靜止坐標(biāo)系上的的夾角是，同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上的軸與轉(zhuǎn)子的相對(duì)角度是，有圖可以看出=，因此只要求得、的值就可以得出軸相對(duì)于轉(zhuǎn)子的位置角。通過(guò)檢測(cè)得、經(jīng)過(guò)變換得、進(jìn)而推得。要想得到需得到、而、與定子側(cè)的、的等式關(guān)系為： (357)其中： (358)因此，若想得到、需要將、經(jīng)過(guò)變換得到、再由、進(jìn)行變換最終得到、。變換： (359)變換： (360)其中：是定子的角度，=。因此可以求得、那可得， = (361)（3）求轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)子側(cè)三相電流、經(jīng)過(guò)變換后，可得、那么便得到。 (362) = (363)由=可求得的值。最終可得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速=。該方法只要檢側(cè)定子電流、定子角度，轉(zhuǎn)子側(cè)電流、定子電壓等，計(jì)算簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。 無(wú)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的仿真在定子磁鏈定向控制系統(tǒng)的仿真的基礎(chǔ)上，本論文進(jìn)行了轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的仿真與并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。（1）計(jì)算定子角度的仿真模塊定子側(cè)三相電流、經(jīng)過(guò)變換后，可得到定子電流矢量和的角度變化值。圖341計(jì)算定子角度的仿真模塊 Simulation module to calculate the angle of the stator（2）轉(zhuǎn)子側(cè)三相電流、經(jīng)過(guò)變換得到與與轉(zhuǎn)子的靜止坐標(biāo)系上的的夾角是，再通過(guò)、可以求出與軸的夾角，與的差值為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上的軸與轉(zhuǎn)子的相對(duì)角度。最終可得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速=。圖342轉(zhuǎn)子位置角度計(jì)算的仿真模塊 Rotor position angle calculation of the simulation module 仿真波形分析通過(guò)對(duì)以上搭建的模塊進(jìn)行的仿真結(jié)果和仿真分析如下。（1）轉(zhuǎn)子電流矢量與轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系的夾角，轉(zhuǎn)子電流矢量與同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系軸的夾角為，而同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系軸與軸的夾角為，=，其仿真波形如下圖所示。圖343同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d軸與i軸的夾角θsr的仿真波形 Simulation waveforms synchronous rotating coordinate system d axis and iaxis angle（2）同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系軸與定子的夾角，同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系軸與軸的夾角為，最終可得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速=。仿真波形如下圖所示。圖344估測(cè)轉(zhuǎn)子角度的仿真波形 Rotor angle estimation simulation waveforms（3）如圖345所示，是轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置和估測(cè)出的轉(zhuǎn)子位置仿真波形圖，從估測(cè)誤差上可以看出當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定后，估測(cè)出的轉(zhuǎn)子位置與實(shí)際轉(zhuǎn)子位置基本相同。圖345實(shí)際轉(zhuǎn)子位置與估測(cè)轉(zhuǎn)子位置的仿真結(jié)果比較 The simulation results of the actual rotor position with the estimated rotor position Comparison 本章小結(jié)在這一章中我們通過(guò)數(shù)學(xué)模型及其坐標(biāo)變換，建立了定子磁鏈?zhǔn)噶靠刂葡碌碾p饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其進(jìn)行了仿真。對(duì)并網(wǎng)前空載運(yùn)行進(jìn)行了建模與仿真。并且經(jīng)過(guò)公式推導(dǎo)證明了，通過(guò)定轉(zhuǎn)子電壓與電流值推測(cè)轉(zhuǎn)子位置，并進(jìn)行了仿真。第4章 轉(zhuǎn)子側(cè)功率變換器的研究 轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的工作原理雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由三相不同的線圈組成的，因此其需要通過(guò)控制給其三種不同的控制信號(hào)。如下圖是兩個(gè)變換器，左邊通入電網(wǎng)的三相電，經(jīng)過(guò)變換器將其轉(zhuǎn)換成直流電，右邊是將得到的直流電轉(zhuǎn)換成滿足我們要求的交流電如圖所示：圖41雙PWM調(diào)制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) PWMdouble modulation topology 功率變換技術(shù)電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，通過(guò)對(duì)電壓、電流、頻率、相位等的控制，為不同負(fù)載提供適當(dāng)?shù)碾娫础?PWM脈寬調(diào)制技術(shù)技術(shù)，其實(shí)就是對(duì)電路中的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，開(kāi)關(guān)的兩端是電壓，電壓的幅值是一定的，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，相當(dāng)于開(kāi)路，電路中沒(méi)有電流。開(kāi)關(guān)閉合，形成回路，有電流。開(kāi)關(guān)管的工作方式的不同，最后會(huì)影響電路中的波形有所不同，進(jìn)而對(duì)控制量產(chǎn)生很大的影響。逆變電路可以是電壓型的，也可以是電流型的，但是就目前的實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，大部分電路都是電壓型的[40]。技術(shù)的特點(diǎn)總結(jié)如下：（1）的頻率不變；（2）作用在慣性負(fù)載下，沖量相同效果相同；（3）同一個(gè)電路中，改變導(dǎo)通時(shí)間，輸出電壓按比例變化。 PWM的種類由于對(duì)控制效果，精度、技術(shù)等的不斷提高，技術(shù)近幾年得到了充分的發(fā)展，最初只有電壓型的信號(hào)，后來(lái)發(fā)展出了電流型的信號(hào)再到發(fā)展出磁通的正弦波；從效率，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，再到對(duì)噪音的消除都得到了很大的提高[41]。下面介紹幾種常用的方法。（1）等脈寬如下圖(42)所示，與的和為。是常數(shù)。電路導(dǎo)通且持續(xù)的時(shí)間為，時(shí)間后輸入信號(hào)變?yōu)榈停娐窋嗦?，斷路時(shí)間持續(xù)，時(shí)間后輸入信號(hào)變?yōu)楦邥r(shí)，電路導(dǎo)通導(dǎo)通。是/，大于小于，當(dāng)或任一值延長(zhǎng)或縮短，的值就會(huì)不同，從而導(dǎo)致時(shí)間內(nèi)輸出電壓平均值不同。圖42等脈寬PWM調(diào)制 PWM pulse width modulation（2）是在上發(fā)展出來(lái)的，與相比主要區(qū)別是改變了調(diào)制脈沖的方式，占空比以及脈沖的寬度都是按照正弦波的規(guī)律變化的，輸出波形經(jīng)過(guò)濾波后就可得到正弦波的波形。其產(chǎn)生的波形的周期是可以調(diào)節(jié)的，正如上述所介紹的的特點(diǎn)，其產(chǎn)生的電壓的值也可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。其實(shí)波可以理解成下圖的三角波與某一固定的直線進(jìn)行比較，當(dāng)直線的值大時(shí)，輸出為高，反之輸出低。那么就會(huì)得到之前所說(shuō)的波。那么將直線改為正弦波時(shí)，便會(huì)生成信號(hào)。如圖43：圖43 SPWM調(diào)制 SPWM modulation（3）是最近幾年發(fā)展起來(lái)的，在電機(jī)控制中得到了廣泛應(yīng)用，從電機(jī)控制的角度出發(fā)，主要目的是怎樣使電機(jī)得到圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)[42]。與相比，的優(yōu)點(diǎn)更加顯著，如對(duì)諧波的抑制效果更加明顯、諧波成分較小而基波成分較大，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)降低的同時(shí)，電流波形也很少發(fā)生畸變現(xiàn)象，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)非常接近圓形磁場(chǎng)，并且電壓的利用率有提高了很多，例如，在模式下，線電壓為時(shí)，當(dāng)三角波的幅值與正弦波的幅值相同時(shí)，輸出的對(duì)大值才為。從比值上可以看出這種方式對(duì)電壓的利用效率最多也只有，而且多數(shù)情況下都是小于這個(gè)值的。另外，現(xiàn)在對(duì)于很多系統(tǒng)的控制應(yīng)用最多的就是控制芯片，通常多是將各種測(cè)量得到的數(shù)據(jù)輸入到芯片里進(jìn)行處理，再發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，因此一種控制方式是否適合用芯片對(duì)其處理也是衡量其效果的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，相比于來(lái)說(shuō)方式容易計(jì)算，更適合通過(guò)芯片對(duì)行數(shù)據(jù)處理而生成波。而如果是純粹的模擬電路更適合。 SVPWM的建模與仿真的控制思想來(lái)源于，當(dāng)三相對(duì)稱的正弦電壓給電機(jī)的三相繞組供電時(shí)，會(huì)生成類似于圓形的磁場(chǎng)[43]。當(dāng)我們假設(shè)這個(gè)磁場(chǎng)是存在的，并將我們實(shí)際中所得到的磁場(chǎng)與這個(gè)假想出來(lái)的磁場(chǎng)信號(hào)不斷進(jìn)行比較，且其比較的差值決定將要發(fā)出的波的狀態(tài)。從而不斷的使實(shí)際值與理想值保持相等的話，對(duì)于控制對(duì)象的控制效果就會(huì)非常好，因此我們想要通過(guò)我們自己的控制就可以生成這種相對(duì)完美的正弦波，便可以根據(jù)不同的控制對(duì)象變頻器進(jìn)行相應(yīng)的控制。圖44三相橋式逆變器功率拓?fù)銯ig. 44 Topological structure of threephase power inverter bridge 的建模（1）原理如圖所示電路，是直流電壓，通過(guò)對(duì)三套開(kāi)關(guān)管上的到信號(hào)的控制就可以控制其輸出的電壓。每一路上上下兩個(gè)管子的信號(hào)始終是相反的，也就是說(shuō)上管有電流流過(guò)時(shí)為了避免電路在上下管中直通，下管要關(guān)