畢業(yè)論文-風力發(fā)電機轉子電路驅動設計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　在當今石油等資源日益短缺的情況下,風能作為一種清潔的可再生能源，變得越來越受到重視。隨著風力發(fā)電機單機容量不斷增大，發(fā)電機并網時所造成的電流沖擊不斷變大，使得風力發(fā)電系統(tǒng)和電網的相互影響越來越復雜，因此必須對風力發(fā)電機的并網技術進行深入的研究。</p><p>　　在現今世界風能應用技術中，雙饋發(fā)電機進行

2、矢量控制研究技術是相對成熟的。矢量控制技術作為一種比較先進的控制策略，是在電機機電能量轉換、統(tǒng)一理論和坐標理論的基礎上發(fā)展起來的，具有新穎性、先進性和實用性。</p><p>　　本文首先對DIFG的運行理論進行分析，建立了DIFG數學模型，對坐標變換及運行特性進行了理論指導，為雙饋電機的研究奠定了理論基礎。通過對雙饋型發(fā)電機的工作原理的分析，建立了交流勵磁發(fā)電機的三相靜止坐標系數學模型，提出了基于定子磁場定向的

3、矢量控制策略，采用定子磁場定向的矢量控制方法實現對雙饋發(fā)電機的有功功率和無功功率的獨立控制。這些都是為進一步的深入研究提供了有效的理論依據。</p><p>　　其次，采用一種能量雙向流動的雙PWM變換器，滿足了交流勵磁發(fā)電系統(tǒng)勵磁的需要，詳細分析了三相電壓型整流器的基本原理和數學模型，并確定了以電網電壓定向的矢量控制策略。介紹了空間矢量脈寬調制的方法。</p><p>　　最后，對轉子側

4、的電流電壓進行了MATLAB的仿真 ，并對發(fā)電機的運行狀態(tài)進行了研究 </p><p>　　關鍵詞：交流勵磁，變速恒頻，磁場定向矢量控制，并網同期控制 雙PWM變換器</p><p><b>　　MATLAB</b></p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Wi

5、nd power as a kind of clean and renewable energy, in today's increasingly scarce resources such as oil, become more and more attention by the wind generator with single capacity increase, and generators resulted from

6、 the grid current shock kept getting bigger, make wind power systems and grid influence each other more and more complicated, so we have to investigated this in depth.</p><p>　　In this paper, the relative fl

7、edged doubly-fed generator in wind energy application technology in the day is researched on vector control. Vector control is one of the advanced theories, which is based on motor unification principle, energy conversio

8、n and vector coordinate transformation theory. It has many advantages such as novelty,practicability and advancement.</p><p>　　Firstly, the basic principle of variable speed wind turbine generators is introd

9、uced.According to the variable speed wind turbine operating in different regions, the basic control strategy is set out. After the analysis of its structure and its VSCF electricity generating principle, the mathematic m

10、odel of the double-fed generator in static three-phase coordinate and in rotary two-phase coordinate is build. the stator field-oriented vector control method for the control of the doubly-fed genera</p><p>

11、;　　At last, according to VSCF doubly-fed wind turbine control system characteristic, the research based on DSP VSCF doubly-fed wind power control system</p><p>　　Keywords: AC-excitation, VSCF, fiux-oriented

12、vector control, gird-connection synchronous cortrol Double PWM converter MATLAB</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p>&

13、lt;p><b>　　目錄III</b></p><p>　　第一章緒論- 1 -</p><p>　　1.1選題背景及意義- 1 -</p><p>　　1.1.1風能的發(fā)展前景- 1 -</p><p>　　1.1.2風能的開發(fā)利用- 1 -</p><p>　　1.2國內外發(fā)

14、展趨勢- 1 -</p><p>　　1.2.1國外風力發(fā)電的現狀與趨勢- 1 -</p><p>　　1.2.2國內風力發(fā)電的現狀和趨勢- 2 -</p><p>　　1.3風電機組的主要控制技術- 3 -</p><p>　　1.4 論文工作的主要內容- 4 -</p><p>　　雙饋電機的理論- 5

15、 -</p><p>　　2.1 雙饋電機調速的基本原理- 5 -</p><p>　　2.2 雙饋發(fā)電機的等效電路圖- 6 -</p><p>　　2.3雙饋發(fā)電機的功率關系- 7 -</p><p>　　2.4 小結- 7 -</p><p>　　第三章 轉子側PWM變換器及其對DFIG的運行控制- 8

16、-</p><p>　　3.1 雙PWM變換器的性能要求及特點- 8 -</p><p>　　3.2雙饋電機的數學模型- 9 -</p><p>　　3.3靜止坐標系下的DFIG數學模型- 9 -</p><p>　　3.4各種坐標之間的變換- 11 -</p><p>　　3.5 定子磁鏈定向矢量控制- 1

17、3 -</p><p>　　3.51 轉子側變換器控制- 15 -</p><p>　　3.6小結- 16 -</p><p>　　第四章 風力發(fā)電機的空載并網控制- 17 -</p><p>　　4.1研究風力發(fā)電并網技術的必要性- 17 -</p><p>　　4.1.1 并網型風力發(fā)電的特點- 18

18、 -</p><p>　　4.1.2采用異步機作為風力發(fā)電機的幾種并網方式比較- 18 -</p><p>　　4.1.3雙饋發(fā)電機系統(tǒng)的并網運行- 19 -</p><p>　　4.2雙饋風力發(fā)電機并網控制- 20 -</p><p>　　4.2.1變速恒頻雙饋發(fā)電機控制策略- 20 -</p><p>　　

19、4.3小結- 21 -</p><p>　　第五章無刷雙饋電機運行仿真- 22 -</p><p>　　5.1仿真模型的建立- 22 -</p><p>　　5.2無刷雙饋電機開環(huán)系統(tǒng)的建模- 22 -</p><p>　　5.3運行特性的仿真與分析- 25 -</p><p>　　5.3.1單饋運行動態(tài)仿真

20、與特性分析- 25 -</p><p>　　5.3.2同步運行動態(tài)仿真與特性分析- 27 -</p><p>　　5.4本章小結- 28 -</p><p>　　第六章 小結與展望29</p><p><b>　　致謝30</b></p><p><b>　　參考文獻31&l

21、t;/b></p><p><b>　　第一章緒論</b></p><p>　　1.1選題背景及意義</p><p>　　能源短缺和環(huán)境污染是當今人類面臨的兩大重要難題。隨著世界人口的不斷增加和全球經濟的快速發(fā)展，人類對能源的需求不斷增加，然而煤、石油等為主的常規(guī)能源的資源是有限的，而且利用這些能源時會給環(huán)境造成嚴重的污染。面對日益短缺的

22、資源狀況，全世界必須采取節(jié)流開源的戰(zhàn)略。一方面是節(jié)約能源，另一方面是找到新的課代替的能源，大力開發(fā)利用可再生能源，是可持續(xù)發(fā)展的道路。風能、太陽能等可再生資源已在世界范圍內受到重視。</p><p>　　1.1.1風能的發(fā)展前景</p><p>　　風力發(fā)電是新能源中技術最成熟、最具有規(guī)模開發(fā)條件及商業(yè)化發(fā)展前景的可再生能源技術。同時風能資源又是清潔能源，根據國際綠色和平組織和世界風能協

23、會共同發(fā)布的《風力12》預計，2020年世界電力12%將來自風電，將大大減少因火力發(fā)電給大氣層帶來的危害。風能的合理開發(fā)和利用可以緩解目前能源匱乏及燃料資源對環(huán)境帶來的污染問題，在遠期可能成為世界上重要的替代能源。</p><p>　　1.1.2風能的開發(fā)利用</p><p>　　風能跟陽光一樣，是取之不盡、用之不竭的可再生能源;風力發(fā)電沒有燃料短缺問題，不會產生輻射和二氧化碳公害。風力

24、儀器要比太陽能儀器便宜九成之多。中國風能儲存量很大，分布面積廣，甚至比水能還要豐富。合理利用風能，既可減少環(huán)境污染，又可減輕當今社會越來越大的能源短缺壓力。</p><p>　　1.2國內外發(fā)展趨勢</p><p>　　風力發(fā)電的過程就是風能經過風葉將機械能轉換為電能的過程，風力發(fā)電的兩個主要部件是風力機和發(fā)電機，其中風力發(fā)電機及其控制系統(tǒng)負責將機械能裝換為電能。這一部分是整個系統(tǒng)的核心

25、，直接影響著整個系統(tǒng)的性能、效率和電能質量，也影響到風能吸收裝置的運行方式、效率和結構，因此，研制適用于風電轉換的高可靠性、高效率、控制及供電性能良好的發(fā)電機系統(tǒng)，是風力發(fā)電機技術的研究重點。</p><p>　　1.2.1國外風力發(fā)電的現狀與趨勢</p><p>　　在眾多新型可再生能源中，風能是分布范圍廣泛的，風力發(fā)電技術比較成熟而且成本相對較低，最具有大規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景，因

26、此風力發(fā)電在改善能源結構以及節(jié)能減排方面的作用受到了人們越來越多的關注，成為目前國際上可再生能源領域發(fā)展最快的清潔能源。 </p><p>　　風電技術發(fā)展迅速，水平軸風電機組技術成為主流，占到95﹪以上的市場份額；風電機組單機容量持續(xù)增大，世界上主流機型已經從2000年的 500～1000kW增加到2007年的2～5MW；變槳距功率調節(jié)方式由于載荷控制平穩(wěn)、安全和高效等優(yōu)點得到迅猛發(fā)展，在大型風電機組上得

27、到廣泛采用；風能的大規(guī)模開發(fā)今后將更多依賴于規(guī)?；⑾盗谢蜆藴驶越档统杀咎岣咝б?；隨著關鍵技術和裝備的逐漸成熟，海上風電開發(fā)將是未來發(fā)展的一個重要方向，MW級海上風電機組的商業(yè)化已經成為世界風能利用的新趨勢。與此同時，各種新技術和新裝備的應用、標準與規(guī)范的完善、產品質量的提升和風電市場的規(guī)范，也為風電產業(yè)長遠持續(xù)發(fā)展奠定了堅實的基礎。</p><p>　　1.2.2國內風力發(fā)電的現狀和趨勢</p&g

28、t;<p>　　能源和環(huán)境危機與國民經濟可持續(xù)發(fā)展之間的矛盾，促進了風力發(fā)電產業(yè)的迅速發(fā)展，風電在我國能源結構中的地位日益受到重視。中國發(fā)展并網風力發(fā)電始于 1990年，到2004 年年底，全國的風力發(fā)電裝機容量約有76.4萬kW；2005年2月《可再生能源法》頒布之后，當年風力發(fā)電新增裝機容量超過60％，總容量達到了126 萬kW；2006年當年新增裝機容量超過100％，累計裝機容量超過259.7萬kW；2007年又新增

29、裝機容量330萬kW，累計裝機容量達到604萬 kW，一躍成為世界上最主要的風電市場之一。國家提出的2010年完成500萬kW的目標已提前3年于2007年實現，根據相關部門預測，到2010年我國的風電裝機將達到1400～1500萬kW，而如果保障得力，到2020年有望實現1.2～1.5億kW。</p><p>　　在國家政策扶持和市場拉動下，我國風電產業(yè)得到了長足的發(fā)展，一大批有實力的企業(yè)紛紛涉足，國外跨國公司也

30、積極在國內組建生產企業(yè)，風電產業(yè)整體上呈現出百花齊放、百舸爭流的繁榮景象。目前國內已有60多家風電整機制造企業(yè)，包括MW級機組在內的國產風電裝備陸續(xù)下線并投入運行，國產風電裝備的技術水平和質量都有了很大的提高，產能迅速提升。</p><p>　　另一方面，由于風力發(fā)電是一項跨學科、跨領域、跨部門的系統(tǒng)工程，加上國內在相關領域的基礎薄弱，我國風電產業(yè)的自主發(fā)展也存在著基礎技術研究和自主創(chuàng)新實力匱乏、產業(yè)化程度低等問

31、題，還遠遠不能滿足風力發(fā)電發(fā)展的要求，加快自主風電產業(yè)的研究建設是當前和未來一段時期風力發(fā)電發(fā)展的核心任務。1）風力發(fā)電裝備企業(yè)大多仍處于產業(yè)化初期階段</p><p>　　我國風電產業(yè)呈現迅猛發(fā)展的勢頭，但由于涉足時間比較短，除少數幾家企業(yè)外，大多數企業(yè)的產業(yè)化程度仍比較低，產品大多仍還處在樣機研制和實驗考核階段。而即使是國內領先的風電機組企業(yè)，其總體產業(yè)規(guī)模相對來說仍然比較小，大多處于產業(yè)化初期階段，風電裝

32、備產業(yè)整體競爭實力距離世界先進水平還有較大差距。</p><p>　?。?）體系逐漸健全但仍需解決瓶頸問題</p><p>　　在國家政策以及各級政府科研項目的支持下，經過企業(yè)、高校和科研單位的共同努力，我國風電產業(yè)的技術水平已經有了大幅度的提高，風電整機、葉片、齒輪箱和發(fā)電機等領域的產業(yè)規(guī)模和技術水平基本能夠滿足我國市場的需要；但另一方面，在偏航軸承、變槳電機、主軸、電控系統(tǒng)和變流器等

33、一些關鍵零部件領域，技術和規(guī)模還遠遠不能滿足我國風電產業(yè)發(fā)展的要求，特別是風電機組電控系統(tǒng)和變流器，目前仍主要依賴進口。風電產業(yè)鏈中關鍵零部件技術的缺失，使得我國的風力發(fā)電發(fā)展受到了很大的影響。一方面，關鍵零部件受制于人在一定程度上威脅著我國風電整機企業(yè)和風力發(fā)電產業(yè)的戰(zhàn)略安全；另一方面，大量的進口部件直接抬高了風電機組的造價，對國內風電產業(yè)的整體效益和健康發(fā)展產生非常不利的影響。</p><p>　?。?）基

34、礎技術研究和自主創(chuàng)新實力還比較薄弱</p><p>　　當前國內風力發(fā)電裝備企業(yè)的技術（特別是關鍵核心技術）絕大多數是通過引進許可證以及聯合開發(fā)等形式獲得，大多沒有完全自主的知識產權，國內企業(yè)基本不具有自主設計、自主開發(fā)的實力。受此影響，我國風電產業(yè)的發(fā)展存在“重產品和市場推廣、輕設計和研發(fā)”的問題。自主設計技術缺失，使得我國的風電產業(yè)存在“空心化”的危險，核心技術、關鍵裝備的主動權和主要利潤目前仍都掌握在國外企

35、業(yè)手中。受市場壓力等因素的影響，我國前期風力發(fā)電技術的研究更多關注具體裝置和產品的研制和開發(fā)，但在風力發(fā)電基礎技術研究領域的投入嚴重不足。我國風電產業(yè)今后在技術競爭、市場開拓、提高經濟效益等方面仍面臨巨大的國際競爭壓力和挑戰(zhàn)。</p><p>　　1.3風電機組的主要控制技術</p><p>　　發(fā)電機及其控制系統(tǒng)是風力發(fā)電系統(tǒng)的另一大核心部分，它負責將機械能轉換為電能，風力發(fā)電機及其控

36、制系統(tǒng)的運行狀況和控制技術，也決定著整個系統(tǒng)的性能、效率和輸出電能質量。根據發(fā)電機的運行特征和控制技術，風力發(fā)電機可分為恒速恒頻風力發(fā)電技術和變速恒頻風力發(fā)電技術。</p><p>　　1.4 論文工作的主要內容</p><p>　　變速恒頻雙反饋發(fā)電機組能夠良好運行的前提條件是機組能夠順利并網，然而隨著風力發(fā)電機組單機容量越來越大，發(fā)電機并網時造成的電流沖擊已經不能忽視。因此必須對風力

37、發(fā)電機并網技術進行深入的研究。本文在研究交流勵磁變速恒頻風力發(fā)電理論(包括變速恒頻的運行機理、交流勵磁發(fā)電機的矢量變換控制)的基礎上，提出了交流勵磁變速恒頻發(fā)電機空載并網同期控制策略，具體有以下幾方面：</p><p>　　1、以交流勵磁雙饋異步發(fā)電機作為研究對象，介紹了變速恒頻的風力發(fā)電技術及交流勵磁風力發(fā)電機的并網技術的研究現狀，給出了風力發(fā)電機變速恒頻的基本原理。</p><p>　

38、　2、對雙饋型變速恒頻風力發(fā)電機進行了矢量控制模型分析。雙饋變速恒頻風力發(fā)電機室一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)。若用常規(guī)的控制方法將十分復雜，而且寫過難以令人滿意，而矢量控制可以簡化電機內部各變量間的耦合關系，簡化控制。</p><p>　　3、在DFIG轉子勵磁電源的研究中分析了雙PWM型變換器的特點，討論了網側變換器的控制方法。</p><p>　　4、介紹了交流勵磁變速恒頻風力

39、發(fā)電機的空載并網同期控制策略，建立了發(fā)電機在空載時的數學模型，在此基礎上運用MATLAB軟件中搭建了電機模型，并給出了MATLAB的仿真結果。</p><p><b>　　雙饋電機的理論</b></p><p>　　2.1 雙饋電機調速的基本原理</p><p>　　無刷雙饋電機相當于2臺交流電機同軸相連，如圖2.1所示。電機定子上裝有2套

40、繞組，一套通常接工頻電源，級數為2p，稱為功率繞組;另一套接控制電源，級數為2q，稱為控制繞組。這兩套的繞組沒有直接進行電磁耦合，而是通過轉子繞組間接進行電磁功率的傳遞。所以通常轉子線圈的組數應pr滿足：Pr=2p+2q，且 p=q（1）</p><p><b>　　調速原理：</b></p><p>　　如圖2.1所示。功率繞組接入頻率f1，電壓為U1的三相固定電源

41、，控制繞組接入頻率為f2和電壓幅值為U2的可調電源。設電機運轉轉速為n。</p><p>　　則電機氣隙產生磁場的同步轉速為ns1=60f1/p</p><p>　　圖2.1 無刷雙饋電機結構示意圖</p><p>　　轉差率： （2-1）</p><p>　　

42、則轉子繞組感應電流頻率為：即 （2-2）</p><p>　　由于轉子特殊的同心式籠型繞組結構式一個級數轉換器，可將轉子中p對級數感應電流轉換為q對級數電流。</p><p>　　設頻率的電流所產生的氣隙磁場同步轉速ns2，則 </p><p><b>　　轉差率：</b></p><p>　　則定子控制繞組

43、中的頻率：</p><p>　　即 （2-3）</p><p>　　由（2）式和（3）式可知： （2-4）</p><p>　　由（2-4）可知，當風力發(fā)電機轉速發(fā)生變化時，調節(jié)頻率f2，，因而可

44、以實現電機的調速。當f2=0時，變流器向轉子提供直流勵磁，電機相當于運行同步狀態(tài)發(fā)；當f2>0時，電機運行在亞同步狀態(tài)，變流器相轉子提供交流勵磁，定子發(fā)出電能給電網;當f2<0時，電機運行于超同步狀態(tài)，此時定子和轉子同時向電網輸送電能。</p><p>　　2.2 雙饋發(fā)電機的等效電路圖</p><p>　　如圖2.2 是雙饋電機的等效電路圖，其中s為發(fā)電機的轉差率。定子側截圖

45、電網所以定子側的磁場是恒定的。由于定子磁場和七喜磁場勵磁回路的串聯關系，又因為定子磁場是恒定的，所以定子磁場的勵磁電流可以從定轉子兩方面獲得，這樣通過控制轉子側的勵磁電流就可以控制電機定子側從電網吸收無功功率，起到調節(jié)功率因素的作用。</p><p>　　2.2無刷雙饋電機等效電路圖</p><p>　　雙饋電機的轉子繞組總是有兩個頻率一樣的電源。一個是轉子感應電勢Er，另一個是轉子繞組的

46、外加電壓Ur，Er是一受雙饋電機的轉差率和定子側電流約束的電壓源。調節(jié)Ur的幅值和相位，就可以控制雙饋電機轉子側的有功功率和無功功率。</p><p>　　由以上分析可知，無刷雙饋電機轉子繞組的轉差功率通過氣隙傳遞給控制繞組，并反饋給電網，電流與控制繞組中的電流相互作用產生電磁轉矩，因而在運動中能力得到充分利用；控制繞組的輸出功率為轉差功率，所需的變頻裝置的容量較低、電機無電環(huán)，碳刷裝置，可靠性高。</p&

47、gt;<p>　　2.3雙饋發(fā)電機的功率關系</p><p>　　電機是一種機電能量的轉換裝置，在各種電機中都存在一個氣隙磁場。對雙饋電機來說，從轉子輸入的機械能克服氣隙磁場中導體所受的電磁力而做功，使道題不斷感應電勢從而源源不斷地發(fā)出電能，實現機械能轉變?yōu)殡娔艿淖饔谩?lt;/p><p><b>　　定子功率方程：</b></p><p

48、><b>　?。?-5）</b></p><p>　　式中，Pm為電磁功率；Pcu1為定子繞組的銅耗；P1為定子輸出的電功率。</p><p><b>　　轉子功率方程：</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　式中，P2為轉子輸入（輸

49、出）電功率；Pcu2為轉子繞組的銅耗；Pe2為轉子繞組傳遞的電功率。</p><p><b>　　機械功率方程：</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　轉子繞組傳送的電功率Pe2為電磁功率Pm乘以轉差率s。對于發(fā)電機Pm為固定值，因此當是s<0時表示轉子向變頻器輸出功率；當s&g

50、t;0時表示轉子從變頻電源獲取電功率。</p><p><b>　　2.4 小結</b></p><p>　　本章介紹了雙饋發(fā)電機的優(yōu)勢，總結了變速恒頻的原理，即當發(fā)電機轉速發(fā)生變化時，一樣通過調節(jié)轉子勵磁電流頻率從而保持定子輸出電能頻率恒定，并給出了交流勵磁發(fā)電機的能量關系。</p><p>　　第三章 轉子側PWM變換器及其對DFIG的運

51、行控制</p><p>　　3.1 雙PWM變換器的性能要求及特點</p><p>　　雙PWM變換器的拓撲圖如圖3.1 ，由圖3.1可見，電機轉子側的PWM變換器是連接王策PWM變換器和雙饋發(fā)電機的最主要部件。雙饋發(fā)電機以及整個風力發(fā)電控制都是通過轉子側PWM變換器來實現的。因此轉子側PWM變換器的控制有效與否與整個雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的性能息息相關。</p><p&g

52、t;<b>　　。</b></p><p>　　3.1 PWM變換器拓撲圖</p><p>　　轉子側PWM變換器的主要功能是在轉子側實現雙饋電機的矢量控制，確保有功功率和無功功率的獨立調節(jié)；根據風速的不斷變化，實現最大風能捕獲運行。在這個過程中，轉子側PWM變換器控制著雙饋發(fā)電機的運行。</p><p>　　為了有效實現對雙饋發(fā)電機以及整個風

53、力發(fā)電系統(tǒng)的控制，轉子側PWM變換器的控制方案應該以控制雙饋發(fā)電機的運行特定制。雙饋發(fā)電系統(tǒng)是一個高階、非線性、多變量、強耦合的系統(tǒng)，用一般的方法很難有效實現控制。因此未來實現對雙饋發(fā)電機的有功和無功功率控制，二者必須解耦，即通過坐標變換的方法簡化雙饋發(fā)電機的數學模型，是轉子電流的有功無功分量實現解耦。控制轉子側電流就可以實現雙饋發(fā)電機的有功和無功功率的解耦控制，從而使雙饋發(fā)電機運行在風里機的最佳功率曲線是，實現最大風能的捕獲運行。&l

54、t;/p><p>　　根據以上的DFIG轉子側控制的主要目的就是通過對風能慣例發(fā)電機轉速的控制，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，從而實現變速恒頻。在第二章中，已經機那里了DFIG的數學模型，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，從而可以將直流調速的方法運用到同步旋轉坐標下的

55、家里調速系統(tǒng)中。</p><p>　　3.2雙饋電機的數學模型</p><p>　　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：</p><p>　　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；

56、</p><p>　　不考慮溫度對電機參數的影響；</p><p>　　轉子繞組折算到定子側，折算后每相繞組匝數相等。</p><p>　　圖3.2 三相靜止abc坐標系下的數學模型</p><p>　　3.3靜止坐標系下的DFIG數學模型</p><p>　　首先列寫靜止坐標系下的DFIG數學模型，為了便于分析分問題

57、，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120°。電角度，所產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，轉子側的參數都折算到定子側的參數，折算后的定子和轉子繞組匝數相等。</p><p><b>　?。?）電壓方程</b></p

58、><p><b>　　三相定子電壓方程為</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　三相轉子電壓方程：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中：uA，u

59、B，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。</p><p>　　將其轉化為矩陣形式：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　?。?）磁鏈方程 </b></p

60、><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　其中： （3-5）</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　。 （3-7） </p><p>　　式中：是定子一

61、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。</p><p><b>　　轉矩方程</b></p><p><b>　?。?-8） </b></p><p><b>　　（4）運動方程</b></p&

62、gt;<p>　　（3-9） </p><p>　　式中：為風力提供的拖動轉矩；J為機組的轉動慣量。</p><p>　　3.4各種坐標之間的變換</p><p>　　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解耦，

63、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。</p><p>　　空間矢量坐標變換原理如圖5.8 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)?/p>

64、空間矢量，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。</p><p>　　圖3.2 空間矢量變換圖</p><p>　　三相靜止坐標系到兩相靜止坐標系的坐標公式：</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　兩相靜止坐標系到兩

65、相旋轉坐標系的坐標變換公式：</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　式中，兩相旋轉坐標系與兩相靜止坐標系之間夾角。</p><p>　　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：</p><p><b>　　（3-12）</b></p>

66、<p>　　上述公式左右兩端均乘以系數矩陣的逆矩陣，即可得到上述坐標變換的逆變公式：</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　?。?-15） </p><p>　　3.5 定子磁鏈定向矢量

67、控制</p><p>　　與普通的三相交流電機一樣，三相靜止坐標系下DFIG的數學模型是一個高階、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解耦，控制轉子電流的有功分量和無功分量就可以實現DGIG的有功和無功功率的

68、有效、解耦控制，從而實現變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的控制目標。</p><p><b>　　兩相旋轉坐標系下</b></p><p>　　進一步將靜止坐標系下的DFIG數學模型轉化為旋轉坐標系下，其電壓方程和磁鏈方程為：</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p><b&g

69、t;　?。?-17）</b></p><p>　　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90°。當選擇M-T坐標系的M軸沿定向時，有：</p><p><b>　?。?-

70、18）</b></p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　為了進行發(fā)電機有功功率P和無功功率Q的獨立調節(jié)，寫出M-T坐標系下發(fā)電機定子的功率表達式為：</p><p><b>　?。?-20）</b></p><p>　　式中，3/2為案件布點原則引入的坐標變

71、換系數，將式（3-9）帶入（3-11）得：</p><p><b>　?。?-21）</b></p><p>　　根據磁鏈方程（3-8）導出定子磁鏈方程并得出：</p><p><b>　?。?-22）</b></p><p>　　轉子磁鏈方程轉化有：</p><p><

72、;b>　?。?-23）</b></p><p>　　根據同步旋轉電壓方程得到轉子電壓方程：</p><p><b>　　（3-24）</b></p><p><b>　　式中：，，，</b></p><p><b>　　。</b></p><

73、;p>　　，為實現 轉子電壓、電流解耦控制的解耦項；，為現出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P，Q獨立調節(jié)的M-T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。控制PWM變頻器產生所需頻率、大小、相位的三相交流勵磁電壓，就可最終實現發(fā)電機功率控制、轉速調節(jié)以及最大風能捕獲運行。 </p>&l

74、t;p>　　3.51 轉子側變換器控制</p><p>　　雙饋電機在作發(fā)電機并網時，只要電網電壓保持恒定，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

75、允許范圍內，功率是變化可控的。</p><p>　　兩項同步旋轉坐標系下，在式中，</p><p><b>　?。?-24）</b></p><p><b>　　令 </b></p><p>　　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：&l

76、t;/p><p><b>　?。?-25）</b></p><p><b>　?。?-26）</b></p><p>　　由電磁轉矩方程，電磁轉矩表達式可簡化表示為</p><p><b>　?。?-25）</b></p><p><b>　　3.

77、6小結</b></p><p>　　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。</p><p>　　第四章 風力發(fā)電機的空載并網控

78、制</p><p>　　4.1研究風力發(fā)電并網技術的必要性</p><p>　　從世界各國風電場運行的經驗來看，大規(guī)模風電場接入電網的主要問題是電能質量問題、電網穩(wěn)定性以及并網過程對電網的沖擊。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，風電場的并網運行對電網的電能質量、安全穩(wěn)定、經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，風電特性對電網的影響也越

79、來越明顯，成為制約風電場規(guī)模與容量的重要因素。</p><p>　　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)的穩(wěn)定性產生非常不利的影響。風電場輸出功率的波動對于電網電壓及系統(tǒng)頻率的影響會隨著風力發(fā)電比例的提高而加劇。在風電比例較高的電網，風電場輸出功率及系統(tǒng)負荷的變化，使得電網穩(wěn)定運行成為一個主要的問題。而隨著風力發(fā)電機組單機容量的增大，在并網時對電網的沖擊也越大。這種沖擊不僅引起電力系

80、統(tǒng)電壓的大幅度下降，而且可能引發(fā)發(fā)電機與機械部件的損壞。如并網時間過長，還可能造成系統(tǒng)解列以及影響其他發(fā)電機組的正常運行。因此，如何安全、順利、快速的并網已成為風力發(fā)電實際中不可忽略的環(huán)節(jié)。</p><p>　　風能并網要考慮對電能質量的影響。風速變化、潮流等會引起風電功率的波動與機組頻繁啟停。功率的變化將會使電網頻率在一定范圍波動，影響電網頻率與敏感負荷的正常工作。風電功率的波動優(yōu)惠引起電壓不穩(wěn)定，如電壓波動、

81、電壓閃變、電壓跌落等。而且并網后風電會給電網帶來諧波電流，減少諧波對電網帶來的污染也是有待解決的。</p><p>　　其次是電網穩(wěn)定性的影響。風電功率注入電網，會引起電網功率不平衡，風電場附近局部電網的電壓和聯絡線功率會超出安全范圍，嚴重時甚至會導致電壓崩潰，變速恒頻風電系統(tǒng)在向電網注入功率的同時需要從電電網吸收大量的無功功率，所以，為補償風電場的無功，風力發(fā)電機配有功率因素校正裝置。無功補償過程往往造成電網電

82、壓水平惡化，嚴重時引起電壓崩潰。隨著風電場規(guī)模擴大，在系統(tǒng)中所占比列也在增大，風力發(fā)電對電網的沖擊也隨之增大，影響電網的穩(wěn)定性。</p><p>　　再就是并網過程對電網沖擊。風力發(fā)電機組并網過程會產生一倍額定電流的沖擊電流。對容量較小的電網而言，風電場并網過程會產生一倍而定電流的沖擊電流。對容量較小的電網而言，風電場并網瞬間會引起電網電壓大幅度下降，從而影響整個電網的穩(wěn)定與安全。</p><

83、p>　　綜上所訴，風電并網，對電網的穩(wěn)定性和電能的影響是不可忽略的，這些問題不僅僅影響用戶的正常用電，處理不當甚至引起電網的崩潰，同時也制約著風力發(fā)電產業(yè)的發(fā)展。</p><p>　　4.1.1 并網型風力發(fā)電的特點</p><p>　　一般而言大型風電場并網具有以下特點:</p><p>　　輸入風能的變化具有隨機性；風力發(fā)電以自然風為原動力，自然風不可控

84、，且風能很難大量粗村，因此，風電機組具有有功功率規(guī)律性差，難以預測。</p><p>　　大多風電場距電力主系統(tǒng)和 負荷中西較遠，所以一般風電場與薄弱地方的電力系統(tǒng)相連；風能資源豐富地區(qū)一般距負荷中西較遠，大規(guī)模的風力發(fā)電無法就地消納，需要通過輸電網遠距離輸送到負荷中心。</p><p>　　風電場單機容量小、數量多。風能的能量密度低，要獲得相同的發(fā)電 容量。風力機尺寸比相應的順論及大幾十

85、倍，限制了風電機組的單機容量，目前世界上投運的最大風電機組僅為5MW。</p><p>　　含異步發(fā)電機的風力發(fā)電機組運行時向電網送有功功率、吸無功功率；固定轉速風電機組—異步發(fā)電機吸收無功功率，無功功率不可控；而變速風機組—雙饋異步電機和直驅風電機組—永磁同步機無功功率可控，目前國內風電機組一般按功率因數控制（功率因數通常為1.0）.。</p><p>　　4.1.2采用異步機作為風力發(fā)

86、電機的幾種并網方式比較</p><p><b>　　空載并網方式</b></p><p>　　空載并網方式控制結構如圖4.1 所示，其主要思路是并網前雙饋發(fā)電機空載，定子電流為零，提取電網的電壓信息（包括頻率，相位，幅值）作為依據實現雙饋發(fā)電機控制系統(tǒng)的勵磁調節(jié)，使建立的雙饋發(fā)電機定子空載電壓與電網電壓的頻率、相位和幅值一致。</p><p>

87、;　　圖4.1 DFIG空載并網控制系統(tǒng)結構圖</p><p>　　空載并網控制相對簡單，并網過程中幾乎沒有沖擊電流。并網后，由于發(fā)電機和電網保持柔性連接，定子電流仍然基本為0，并不向電網送電。當控制切換到最大功率點跟蹤后，能實現雙饋風力系統(tǒng)的并網發(fā)電</p><p><b>　　2、獨立負載并網</b></p><p>　　獨立負載并網方式

88、如圖4.2所示，負載并網時，風力機定子側接阻性負載，在負載兩端建立于電網頻率、相位幅值一致的電壓，然后進行并網。</p><p>　　圖4.2 獨立負載并網方式</p><p>　　負載并網同樣能夠實現無沖擊并網，并網后，DFIG可以切除負載運行，定子側功率全部輸入電網。若并網時所帶電阻為需要繼續(xù)供電的本地負載，則也可以帶負載運行，定子側輸出能量線滿足本地負載所需，多余的輸送至電網，構成分

89、布式發(fā)電系統(tǒng)。</p><p>　　負載并網方式發(fā)電機具有一定的能量調節(jié)作用，可與風力機配合實現轉速的控制。降低了對風力發(fā)電機調速能量的要求，但控制較為復雜。</p><p>　　4.1.3雙饋發(fā)電機系統(tǒng)的并網運行</p><p>　　雙饋發(fā)電機定子三相繞組直接與電網相連，轉子繞組經PWM變流器聯入電網。這種系統(tǒng)并網運行的特點如下。</p><p

90、>　?。?）風力機啟動后帶動發(fā)電機至接近同步轉速時，由PWM控制進行電壓匹配、同步和相位控制，以便迅速地并入電網，并網時基本無電流沖擊。對于無初始啟動轉矩的風力發(fā)電機組在靜止狀態(tài)下的啟動，可由雙饋電機運行于電動機工況來實現。</p><p>　?。?）風力發(fā)電機的轉速可隨風負載的變化及時作出相應的調整，使風力發(fā)電機組以最佳葉尖速比運行，產生最大的電能輸出。</p><p>　?。?）

91、雙饋發(fā)電機的勵磁可調量有3個：勵磁電流的頻率、幅值和相位。調節(jié)勵磁電流的頻率，保證發(fā)電機在變速運行的情況下發(fā)出恒定頻率的電力；通過改變勵磁電流的幅值和相位，可達到調節(jié)輸出有功功率和無功功率的目的。當轉子電流相位改變時，由轉子電流產生的轉子磁場在電機氣隙空間的位置有一個位移，從而改變了雙饋電機定子電動勢與電網電壓向量的相對位置，也即改變了電機的功率角，所以，調節(jié)勵磁不僅可以調節(jié)無功功率，也可以調節(jié)有功功率。</p><

92、p>　　4.2雙饋風力發(fā)電機并網控制</p><p>　　并網控制策略是在風力發(fā)電機組啟動階段，對發(fā)電機進行并網前的調節(jié)以滿足并網條件。通過交流勵磁變流器調解轉子勵磁電流，使得發(fā)電機定子發(fā)出的電壓和電網電壓的幅值、相位以及頻率均相同。</p><p>　　4.2.1變速恒頻雙饋發(fā)電機控制策略</p><p>　　雙饋風力發(fā)電機并網控制方式與直流勵磁同步發(fā)電機

93、及通常的異步發(fā)電機有所不同。同步發(fā)電機并網主要是剛性連接，發(fā)電機輸出的頻率完全取決于發(fā)電機的轉速，與勵磁無關，因此并網后運行時，發(fā)電機的轉速也應該始終保持恒定。但是風速是時大時小，隨機變化的，并網時的調速性能很難達到發(fā)電機的要求。普通的異步發(fā)電機并網運行時，由于通過轉差率來調整負荷，因此對機組的調速精度要求不高，不需要完全同步，只要轉速接近同步轉速就可以并網，主要的并網方式有：直接并網方式、準同步并網方式及降壓并網方式的呢過。相當于上述

94、兩類發(fā)電機，變速恒頻雙饋型風力發(fā)電機能夠實現與電網的柔性連接，大大減少了并網時對電網的沖擊。并網時，根據檢測到得電網電壓以及發(fā)電機的轉速，通過調節(jié)轉子勵磁電流大小似的定子發(fā)出的電壓滿足并網條件。雙饋發(fā)電系統(tǒng)并網運行過程分為三個階段:并網前的控制運行、并網時的過渡過程以及并網后的最大風能跟蹤過程。風力機啟動后帶動發(fā)電機至接近同步轉速時，由變流器控制轉子勵磁電流進行并網匹配，以便于迅速地并入電網。并網成功后，控制系統(tǒng)由并網控制切換到最大風能

95、跟蹤的發(fā)電控制模式，如圖 4.3所示</p><p>　　圖 4.3變速恒頻雙饋發(fā)電機控制策略切換框圖</p><p>　　研究DFIG空載并網控制的原理，需建立DFIG的空載數學模型。</p><p>　　定子采用發(fā)電機慣例，轉子采用電動機慣例時，dq坐標系中DFIG電壓方程式為：</p><p><b>　　（4-1）</

96、b></p><p><b>　　磁鏈方程式為：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中，，為定、轉子繞組等效電阻；為d，q軸定、轉子繞組自感及互感；為d，q軸定、轉子電流；為d，q定、轉子電壓；為d，q軸定子轉子磁鏈；為同步角速度和滑差角速度。</p><

97、;p>　　電機空載運行時有將式4-1代入式4-2中，可以得到</p><p><b>　　（4-3）</b></p><p>　　運動方程和電磁轉矩方程簡化為</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式（4-4）即為發(fā)電機空載運行時的數學模型。</p>

98、<p><b>　　4.3小結</b></p><p>　　詳細分析了風力發(fā)電機并網的重要性，并且對兩種并網方式做了研究即負載并網方式和空載并網方式，比較了兩者的優(yōu)缺點。其次對變速恒頻發(fā)電機控制策略進行了研究，研究了DFIG的并網控制原理，建立了DFIG空載運行時的數學模型。</p><p>　　第五章無刷雙饋電機運行仿真</p><

99、p>　　5.1仿真模型的建立</p><p>　　隨著控制理論和控制系統(tǒng)的迅速發(fā)展，對控制效果的要求越來越高，控制算法也越來越復雜，因而控制器的設計也越來越困難。于是自然地出現了控制系統(tǒng)地計算機輔助設計技術。近30年來，控制系統(tǒng)的計算機輔助設計技術的發(fā)展已經達到了相當高的水平，出現了很多的計算機輔助設計語言和應用軟件。目前，MATLAB (Matrix Laboratory)是當今國際上最流行的控制系統(tǒng)輔助

100、設計的語言和軟件工具。</p><p>　　MATLAB是由Math Works公司開發(fā)的一種主要用于數值計算及可視化圖形處理的高科技計算語言。它將數值分析、矩陣計算、圖形處理和仿真等諸多強大功能集成在一個極易使用的交互式環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數值計算的多科學提供了一種高效率的編程工具，集科學計算、自動控制、信號處理、神經網絡、圖象處理等于一體。</p><p>　　

101、MATLAB具有三大特點:</p><p>　　1、功能強大:包括數值計算和符號計算，計算結果和編程可視化，數學和文字統(tǒng)一處理，離線和在線皆可處理;</p><p>　　2、界面友好，語言自然:MATLAB以復數矩陣為計算單元，指令表達與標準教科書的數學表達式相近;</p><p>　　3、開放性強:MATLAB有很好的可擴充性，可以把它當作一種更高級的語言去使用，

102、可容易地編寫各種通用或專用應用程序;</p><p>　　正是由于MATLAB的這些特點，使它獲得了對應用學科(特別是邊緣科學和交叉科學)的極強適應力，并很快成為應用學科計算機輔助分析設計、仿真、教學乃至科技文字處理不可缺少的基礎軟件，成為歐美高等院校、科研機構教學與科研必備的基本工具。</p><p>　　MATLAB有許多工具箱(Toolbox)，這些工具箱大致分為兩類:功能性工具箱和

103、學科性工具箱。前者主要用來擴充MATLAB的符號計算功能、圖視建模功能和文字處理功能以及與硬件實時交互功能;后者專業(yè)性較強，如控制工具箱(Control Toolbox)、神經網絡工具箱(Neural Network Toolbox)、信號處理工具箱((Signal Processing Toolbox)等，使MATLAB在線性代數、矩陣分析、數值計算及優(yōu)化，數理統(tǒng)計和隨機信號分析、電路及系統(tǒng)、系統(tǒng)動力學、信號和圖象處理、控制理論分析和

104、系統(tǒng)設計、過程控制、建模和仿真、通信系統(tǒng)、財政金融等眾多專業(yè)領域的理論研究和工程設計中得到了廣泛應用。</p><p>　　在MATLAB中，Simulink是一個比較特別的工具箱，它具有兩個顯著的功能:Simu(仿真)與Link(鏈接)，是實現動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真的一個集成環(huán)境。具有模塊化、可重載、可封裝、面向結構圖編程及可視化等特點，可大大提高系統(tǒng)仿真的效率和可靠性;同時，進一步擴展了MATLAB的功能，可實現

105、多工作環(huán)境間文件互用和數據交換。它支持線性和非線性系統(tǒng)、連續(xù)時間系統(tǒng)和離散時間系統(tǒng)、連續(xù)和離散混合系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進程的。</p><p>　　Simulink提供了友好的圖形用戶界面(GUI )，模型由模塊組成的框圖來表示，用戶建模通過簡單的單擊和拖動鼠標的動作就能完成。Simulink的模塊庫為用戶提供了多種多樣的功能模塊，其中有連續(xù)系統(tǒng)(Continuous )、離散系統(tǒng)(Discrete)、非線性系

106、統(tǒng)(Nonlinear)等幾類基本系統(tǒng)構成的模塊，以及連接、運算模塊。而輸入源模塊(Sources)和接受模塊(Sinks)則為模型仿真提供了信號源和結果輸出設備。模型建立后，可以直接對它進行仿真分析。可以選擇合適的輸入源模塊(如正弦波((Sine Wave) )作信號輸入，用適當的接收模塊(如示波器(Scope) )觀察系統(tǒng)響應、分析系統(tǒng)特性、仿真結果輸出到接收模塊上。如果仿真結果不符合要求，則可以修改系統(tǒng)模型的參數，繼續(xù)進行仿真分析

107、。</p><p>　　5.2無刷雙饋電機開環(huán)系統(tǒng)的建模</p><p>　　在第二章推到了無刷雙饋電機轉子速坐標系下的模型。</p><p>　　根據電磁轉矩方程式3-8和電機運動方程式3-9，我們可以得到無刷雙饋電機在d-q坐標系上的數學模型</p><p>　　我們將此模型變換成狀態(tài)方程的形式，建立無刷雙饋電機的動態(tài)仿真模型。</

108、p><p>　　先分別建立定子、轉子、電磁轉矩、電壓3s/2r變換的仿真模型形成各個子系統(tǒng)模塊然后封裝起來，即可得到整個無刷雙饋電機的動態(tài)仿真模型。</p><p>　　根據坐標變換原理建立3s/2r變換的仿真子系統(tǒng)模塊如圖5.1 所示。</p><p>　　圖5.1 3s/2r變換模塊</p><p>　　根據電壓方程的轉子速d-q坐標模型：

109、可得到定轉子模型如圖5.2</p><p>　　a 功率繞組模型 b 控制繞組模型 c轉子模型</p><p>　　a b c</p><p>　　圖5.2 定轉子模型</p><p>　　電磁轉矩仿真子系統(tǒng)模塊如圖5.3所示</p><p>　　圖5.3電磁轉矩仿真

110、模型</p><p>　　電磁轉矩仿真封裝如下</p><p>　　圖5.4 轉矩封裝圖</p><p>　　將以上建立的子模型連接起來，構建并封轉后得到圖5.5所示的無刷雙饋電機開環(huán)仿真模型</p><p>　　圖5.5無刷雙饋電機開環(huán)仿真模型</p><p>　　仿真電機使用的參數設置如下：</p>

111、<p>　　Pp=3，Pc=1，Mp=0.89mH，Mc=4.3mH，Lsp=80mH，Lsc=63mH，Rp=0.81Ω，Rc=1.81Ω，</p><p>　　Rr=1.57mΩ，Lr=0.4mH</p><p>　　應用上述數學模型和參數，下面將雙軸坐標系下的無刷雙饋電機系統(tǒng)主電路進行仿真，通過仿真研究，通過其開環(huán)運行的轉矩、轉速及格繞組的電流波形圖來說明其動態(tài)特性。&l

112、t;/p><p>　　由分析可，無刷雙饋電機有單饋、同步和雙饋三種運行方式。單饋運行，具有異步電機的動態(tài)特性，同步和雙饋運行時具有同步電機的運行特性。</p><p>　　5.3運行特性的仿真與分析</p><p>　　5.3.1單饋運行動態(tài)仿真與特性分析</p><p>　　圖5.6 是將無刷雙饋電機功率繞組出線段A.B.C直接接到380V、5