【正文】 簡(jiǎn)單的解釋一下我們利用這八個(gè)基本矢量合成其他目標(biāo)矢量的過(guò)程。圖 57電壓矢量的空間分布與扇區(qū)分配我們使用SVPWM控制的最終目的是獲得一個(gè)圓形的選擇電壓矢量軌跡，但是逆變器只能夠產(chǎn)生八個(gè)基本的電壓矢量。表 51逆變器的不同開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的空間矢量表相電壓矢量表達(dá)式矢量標(biāo)號(hào)A相B相C相00000000010100111001101110000觀察表73，我們可以用一個(gè)模為三相VSR逆變器在不同的開(kāi)關(guān)組合時(shí)的交流側(cè)電壓可用一個(gè)模為的空間電壓矢量在復(fù)平面上表示出來(lái)，這樣就會(huì)得到8條空間矢量，包括六個(gè)夾角為60176。圖76為PWM的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖級(jí)等效開(kāi)關(guān)模型，它上面有六個(gè)橋臂開(kāi)關(guān)，我們對(duì)他們進(jìn)行從左到右，先上后下進(jìn)行編號(hào)依次為2，如圖76b所示。圖 54兩相靜止到三相靜止坐標(biāo)系的變換 IGBT組我們知道期望的正弦電壓電流信號(hào)都是通過(guò)組成橋的IGBT管子的開(kāi)通和關(guān)斷來(lái)生成的，它們雖然產(chǎn)生的知識(shí)一個(gè)一個(gè)的方形電壓波形，但是在一個(gè)周期內(nèi)其效果卻是可以等效為正弦波的，這些管子組成的橋算是一個(gè)電量的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在Matlab/Simulink的SimPowerSystems/Power Electronics，中有這個(gè)模型，如圖75：圖 55通用橋如果模塊右邊的電壓高于左邊的，它就工作在逆變狀態(tài)，反過(guò)來(lái)就是整流狀態(tài)，這會(huì)根據(jù)發(fā)電機(jī)需要運(yùn)行狀態(tài)的不同而進(jìn)行自行切換。 三相靜止和兩相靜止坐標(biāo)系之間的變換坐標(biāo)變換的目的只有一個(gè)，那就是讓問(wèn)題的分析和系統(tǒng)的控制變的簡(jiǎn)單和易于實(shí)現(xiàn)，通過(guò)坐標(biāo)變換的方法，可以使交流異步電機(jī)產(chǎn)生直流電機(jī)模型的部分，把調(diào)節(jié)交流量的任務(wù)轉(zhuǎn)化成調(diào)節(jié)直流量。圖 51電網(wǎng) 風(fēng)力機(jī)模型風(fēng)力機(jī)通過(guò)輸入風(fēng)速得到輸出轉(zhuǎn)矩，進(jìn)一步來(lái)驅(qū)動(dòng)齒輪箱帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，它是整個(gè)系統(tǒng)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)此我們需要對(duì)它進(jìn)行建模，根據(jù)式26和式29，我們得到如圖72的風(fēng)力機(jī)模型。31 32 33 34雙饋發(fā)電機(jī)參數(shù)見(jiàn)附錄一。從第三章的推導(dǎo)我們可知：其中，同理可以推導(dǎo)：所以在定子電壓定向坐標(biāo)系下： （65）5 Matlab/Simulink仿真模型搭建計(jì)算機(jī)仿真的開(kāi)發(fā)平臺(tái)是仿真建模軟件,在以控制策略研究為目的的仿真研究中,Matlab/Simulink以其友好的界面、強(qiáng)大的分析功能、完備的模塊庫(kù)而得到廣泛使用30。 轉(zhuǎn)子側(cè)變換器數(shù)學(xué)模型，為了能夠?qū)o(wú)功功率和有功功率進(jìn)行精確的控制，必須借鑒交流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)中的矢量控制技術(shù)通過(guò)坐標(biāo)變換的方法使得轉(zhuǎn)子電流的無(wú)功功率分量和有功功率分量得到解耦，再分別控制這兩個(gè)電流分量，做到對(duì)雙饋電機(jī)無(wú)功功率和有功功率的解耦控制，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電的目的。其次是雙饋電機(jī)輸出無(wú)功功率控制，以保證所并電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，本文系統(tǒng)的無(wú)功功率設(shè)計(jì)為零，主要來(lái)控制功率因數(shù)為1的最大功率跟蹤。對(duì)于轉(zhuǎn)子側(cè)變流器，當(dāng)雙饋電機(jī)運(yùn)行在亞同步狀態(tài)時(shí)，為了保證定子側(cè)能向電網(wǎng)饋送恒頻恒壓的電功率，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器會(huì)從直流母線上吸收電能，給轉(zhuǎn)子提供轉(zhuǎn)差功率；當(dāng)雙饋電機(jī)運(yùn)行在同步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器充當(dāng)一個(gè)直流源的作用，通過(guò)直流母線向轉(zhuǎn)子提供直流的勵(lì)磁；當(dāng)雙饋電機(jī)運(yùn)行在超同步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，它工作在整流狀態(tài)，向直流母線饋送電能。 圖 43網(wǎng)側(cè)變換器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 網(wǎng)側(cè)變換器（高功率因數(shù)整流器）數(shù)學(xué)模型圖 44網(wǎng)側(cè)變換器圖64為網(wǎng)側(cè)變換器結(jié)構(gòu)，可得其數(shù)學(xué)模型為： （62）式中為開(kāi)關(guān)函數(shù)，其表達(dá)式為：按照同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系進(jìn)行PARK變換，可以得到同步旋轉(zhuǎn)的參考坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型： （63）如果將電網(wǎng)電壓定向在d軸，則： （64） 轉(zhuǎn)子側(cè)變換器轉(zhuǎn)子側(cè)變換器可以影響系統(tǒng)用功功率，是用以實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)及整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)的運(yùn)行控制，其控制的有效性將直接影響到雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行性能。輸入功率因數(shù)的控制就是對(duì)輸入電流無(wú)功功率分量的控制。假如能對(duì)交流側(cè)輸入的有功功率進(jìn)行有效的控制，就能夠穩(wěn)定直流母線處的電壓。從圖51我們可以知道： （61）根據(jù)式51，我們可以得到整流逆變電路四象限運(yùn)行的的電壓電流矢量圖，如圖52：圖 42變流器的四種工作狀態(tài)（a）純電感方式運(yùn)行，（b）正阻特性運(yùn)行，（c）純電容特性運(yùn)行，（d）負(fù)阻特性運(yùn)行我們的系統(tǒng)是做雙饋電機(jī)矢量調(diào)速之用，要做到高功率因數(shù)整流，所以系統(tǒng)只工作在，（b）、（d）兩種裝狀態(tài)。網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器都采用可以四象限運(yùn)行的PWM變換器，則轉(zhuǎn)子繞組不僅可以從電網(wǎng)吸收轉(zhuǎn)差功率，也能把能量饋入電網(wǎng)，發(fā)電機(jī)能夠運(yùn)行在超同步運(yùn)行狀態(tài)和亞同步運(yùn)行狀態(tài)，這使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行速度范圍大大的拓寬，能在更大的風(fēng)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。背靠背雙PWM變換器主要由轉(zhuǎn)子側(cè)變換器、電網(wǎng)側(cè)變換器和中間的濾波電容、直流母線以及控制器構(gòu)成。雙饋發(fā)電機(jī)的定子側(cè)繞組和電網(wǎng)直接相連，轉(zhuǎn)子側(cè)通過(guò)變頻器來(lái)提供勵(lì)磁，從大的方面說(shuō)，目前，雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)所用變頻裝置通常有交交變頻器25 26或交直交變頻器27 28。雙PWM變換器是整個(gè)風(fēng)電控制系統(tǒng)的心臟，整個(gè)系統(tǒng)性能的好壞，對(duì)變換器的精確控制是個(gè)關(guān)鍵。4 雙PWM變換器有多種用于驅(qū)動(dòng)雙饋電機(jī)的變換器，從課題的需要出發(fā)，本文選用背靠背式雙PWM變換器。由磁鏈和電壓的微分關(guān)系可知，此時(shí)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子磁鏈亦是不變的了。如果我們采用定子磁鏈定向，從式59可知，因?yàn)镽存在，所以和U不是精確的垂直，這就使得在按照磁鏈定向的直角坐標(biāo)系下，U在兩個(gè)坐標(biāo)軸上都有長(zhǎng)度不為零的投影，那么從式543知，無(wú)法實(shí)現(xiàn)和的解耦，這就是沒(méi)有選擇定子磁鏈定向的原因，自然，選擇定子電壓定向就不會(huì)出現(xiàn)這個(gè)情況。電磁轉(zhuǎn)矩方程為： （542）:電機(jī)極對(duì)數(shù)雙饋發(fā)電機(jī)定子側(cè)有功、無(wú)功功率為： （543） 定子電壓定向定向的意思就是使發(fā)電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)合成矢量放在與其轉(zhuǎn)速相同旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系中，并且一般會(huì)選擇讓合成旋轉(zhuǎn)矢量與某一坐標(biāo)軸重合。電角度，精確對(duì)稱，它們產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)呈正弦規(guī)律分布在氣隙中；2. 各繞組的互感和自感都是恒定不變的；3. 不考慮磁路飽的和鐵心損耗；4. 忽略溫度與頻率變化對(duì)繞組電阻的影響。同樣我們可以得到： （536） 雙饋發(fā)電機(jī)dq坐標(biāo)系下的的數(shù)學(xué)模型。所以： （527） （528）我們將上式寫成矩陣的形式，得 （529）為了我保證變幻前后的總功率不變，可以得到的值為代入上邊矩陣表達(dá)式，得 （530）從式530可以知道，三相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標(biāo)系的變化矩陣， （531）在合成磁動(dòng)勢(shì)相等的條件下，電壓變換矩陣、磁鏈變換矩陣與電流變換矩陣相同。因?yàn)閮蓚€(gè)坐標(biāo)系下的磁動(dòng)勢(shì)應(yīng)該是等效的，所以，三相靜止坐標(biāo)系下的磁動(dòng)勢(shì)矢量F在α軸和β軸上的投影應(yīng)該等于兩相靜止坐標(biāo)系下的磁動(dòng)勢(shì)分量。三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系之間是簡(jiǎn)單的三角函數(shù)關(guān)系。從氣隙旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)來(lái)說(shuō)，三項(xiàng)繞組在通上三相交流電的時(shí)候能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，兩項(xiàng)繞組也能產(chǎn)生等效的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。從機(jī)電能量之間的的轉(zhuǎn)化關(guān)系，能夠得到式526所示的電磁轉(zhuǎn)矩的方程：= （526） 坐標(biāo)變換因?yàn)楦袘?yīng)電機(jī)是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，如果我們給發(fā)電機(jī)直接加電壓或電流，是不可能對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)的，但是如果以定子電壓這一旋轉(zhuǎn)的空間矢量作為參考系，用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下不變的量來(lái)代替靜止坐標(biāo)系中的變量，這樣就可以在直流電機(jī)模型的基礎(chǔ)上研究交流電機(jī)的物理模型，最后就能夠像控制直流電機(jī)一樣控制交流電機(jī)了。需要注意的是：電流正方向和定子側(cè)磁鏈的正方向關(guān)系不同于一般的電動(dòng)機(jī)慣例，它們是正值的電流產(chǎn)生負(fù)值的磁鏈，所以式517中出現(xiàn)了負(fù)號(hào)“”；因?yàn)檎鬯悴](méi)有改變定、轉(zhuǎn)子繞組的匝數(shù)，所以可以認(rèn)為， 運(yùn)動(dòng)方程交流勵(lì)磁電機(jī)內(nèi)部電磁關(guān)系的建立，離不開(kāi)輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)矩和由此產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩之間的平衡關(guān)系。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們把它用分塊矩陣的形式來(lái)表達(dá)： （517）其中： （518） （519） （520） （521） （522） （523） （524）和是互為轉(zhuǎn)置的兩個(gè)分塊矩陣，它們隨著的變化而變化，各個(gè)元素都是的函數(shù)，所以發(fā)電機(jī)是個(gè)非線性的系統(tǒng)。因?yàn)槿嗬@組在空間互差對(duì)稱分布，假設(shè)氣隙磁通是在空間呈正弦分布的，那么互感就是： （514）所以： （515）定子和轉(zhuǎn)子繞組之間的互感，我們可以認(rèn)為它是定子與轉(zhuǎn)子繞組之間夾角的余弦函數(shù)。定子和轉(zhuǎn)子繞組它們各自三相之間的相對(duì)位置是不變的，所以互感值也不會(huì)改變。轉(zhuǎn)子各相自感為： （513）也是主電感和漏電感的和。因?yàn)槎ㄗ雍娃D(zhuǎn)子繞組都是對(duì)稱的，我們可以認(rèn)為各相定子繞組的漏感相同，各相轉(zhuǎn)子繞組的漏感也相同，是定子的主電感，是定子繞組的每相漏感，是轉(zhuǎn)子的主電感，是轉(zhuǎn)子繞組的漏感，因?yàn)檎鬯悴](méi)有改變定、轉(zhuǎn)子繞組的匝數(shù)，所以我們可以認(rèn)為：。磁鏈方程式為： （510）或統(tǒng)一表示為： （511）在式511中是個(gè)龐大的6*6的電感矩陣，下標(biāo)同為大寫字母的是定子內(nèi)部的自感，同為小寫字母的是轉(zhuǎn)子內(nèi)部的自感。定子電壓方程： （56）轉(zhuǎn)子電壓方程： （57）把定、轉(zhuǎn)子電壓方程寫在一起可用矩陣表示為： （58）或?qū)懗桑? （59）式中： ——定子和轉(zhuǎn)子相電壓的瞬時(shí)值；——定子和轉(zhuǎn)子相電流的瞬時(shí)值；——各組繞組的全磁鏈；——定子和轉(zhuǎn)子的繞組電阻；——微分算子。圖53中a圖是發(fā)電機(jī)運(yùn)行在亞同步狀態(tài)的功率情況，轉(zhuǎn)子從電網(wǎng)吸收電能；b圖是發(fā)電機(jī)運(yùn)行在超同步狀態(tài)，轉(zhuǎn)子也會(huì)往電網(wǎng)饋電。 有功功率的關(guān)系圖53給出了在忽略機(jī)組機(jī)械摩擦損耗、鐵耗的狀態(tài)下雙饋電機(jī)有功功率的關(guān)系。 雙饋電機(jī)等效電路圖圖 03雙饋電機(jī)等效電路圖由上圖和基爾霍夫電壓定律，我們可以很容易得到如下雙饋電機(jī)的電壓方程： （55）——定子側(cè)電壓，——感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，——定子側(cè)電阻，——定子側(cè)漏抗，——經(jīng)繞組折算后的轉(zhuǎn)子電壓，——轉(zhuǎn)子側(cè)折算到定子側(cè)的等效電阻，——轉(zhuǎn)子折算到定子側(cè)的等效電抗，——?jiǎng)?lì)磁電抗，——定子側(cè)電流。此時(shí)，發(fā)電機(jī)處于同步運(yùn)行狀態(tài)，轉(zhuǎn)子側(cè)既不從電網(wǎng)吸收功率，也不發(fā)出功率，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流為直流量23。首先是亞同步運(yùn)行狀態(tài)，這是出現(xiàn)在風(fēng)速比較低的情況下，這個(gè)時(shí)候由于風(fēng)速比較低，風(fēng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)速也就低，同時(shí)經(jīng)過(guò)齒輪箱變速驅(qū)動(dòng)后的轉(zhuǎn)子速度依然低于雙饋發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，為了達(dá)到恒頻發(fā)電的要求，轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向要和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向一致，此時(shí)，轉(zhuǎn)子通過(guò)變頻器從電網(wǎng)吸收能量。通過(guò)上面的原理我們知道了雙饋發(fā)電機(jī)如何滿足系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電要求的機(jī)理。于是，若發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速是，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為是，如果我們能夠使，見(jiàn)式53，那么其定子側(cè)的輸出電壓頻率也會(huì)始終為常數(shù)，這也是雙饋發(fā)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)變速恒頻發(fā)電的最核心的原因。如果給轉(zhuǎn)子的三相對(duì)稱繞組加上率為的對(duì)稱三相電壓，也會(huì)形成圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)： （52）當(dāng)然，轉(zhuǎn)速是相對(duì)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理設(shè)雙饋電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子繞組都是在空間上互差120176。在交流勵(lì)磁的變速恒頻雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，因?yàn)樽冾l器輸出的只是是轉(zhuǎn)差頻率，所以其所提供的只是電機(jī)額定容量的一小部分，減小了變頻器的容量體積和投資。因此，雙饋電機(jī)可稱為：–交流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)。這是因?yàn)殡p饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度不總是維持在同步轉(zhuǎn)速，基于這個(gè)原因雙饋電機(jī)被稱為異步發(fā)電機(jī)，但是，從勵(lì)磁這方面來(lái)講，雙饋發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)一樣，它就具有專門的勵(lì)磁繞組。這也有效的提高了雙饋發(fā)電機(jī)的發(fā)電運(yùn)行效率，如圖51所示。在這些變速驅(qū)動(dòng)環(huán)境中如果采用同步發(fā)電機(jī)作常規(guī)方式的運(yùn)行就無(wú)法實(shí)現(xiàn)恒頻發(fā)電，而如果采用雙饋異步發(fā)電機(jī)，就能夠通過(guò)對(duì)輸入電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得從定子輸出的電能保持恒定的頻率，否則也是不可能掛接電網(wǎng)的。雙饋異步發(fā)電機(jī)（DFIG）所謂雙饋電機(jī),雙饋的意思就是轉(zhuǎn)子繞組可以將電能饋入電網(wǎng)也可以從電網(wǎng)吸收能量，同樣定子繞組也可以從電網(wǎng)吸收電能和向電網(wǎng)饋送電能（當(dāng)然作為發(fā)電機(jī)，定子繞組在電機(jī)運(yùn)行時(shí)是一直向電網(wǎng)輸電的），一般定子繞組直接和電網(wǎng)相連,而轉(zhuǎn)子繞組會(huì)串接變頻器，它用來(lái)給雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子提參數(shù)可變的電流，以滿足系統(tǒng)變速恒頻發(fā)電的需要（這個(gè)在后面章節(jié)詳細(xì)闡述）。有另一種簡(jiǎn)化首段，叫坐標(biāo)變換，它所作用的對(duì)象是矢量，相應(yīng)的控制系統(tǒng)也叫做矢量控制系統(tǒng)，其控制框圖如圖32所示。其實(shí)當(dāng)三相電壓是對(duì)稱電壓時(shí)，它可以表達(dá)為：