[2]，在這個地方所運用的是電網(wǎng)電壓定向矢量控制。在不關(guān)注定子電阻RsU當(dāng)兩相坐標系里面的d軸可以居于電壓矢量Us時&&式（3.23）中，Us在定子電壓的基礎(chǔ)上，能夠獲得DFIG定子當(dāng)中的兩個功率和轉(zhuǎn)子d軸、q軸電流的關(guān)系&從方程（3.24）能夠了解到，在不關(guān)注電阻Rs同時運用d軸定向的基本狀況下，異步發(fā)電機無論是無功還是有功功率都得到了相應(yīng)的解耦，即是講，只要協(xié)調(diào)好了d軸分量就即是能夠處理好DFIG的功率，僅要求協(xié)調(diào)好轉(zhuǎn)子當(dāng)中的q軸就能夠處理好了DFIG當(dāng)中的轉(zhuǎn)子控制器能夠具體根據(jù)d以及q軸的形式當(dāng)中的電壓方程展開相應(yīng)的構(gòu)建，也就是u上面方程組中，轉(zhuǎn)子磁鏈可以由定子電壓和轉(zhuǎn)子電流來表示&由以上兩組方程得&則根據(jù)上式能夠確立電壓定向控制的電流閉環(huán)實際運行的具體框架圖，如圖3-17。圖3-17基于定子電壓定向矢量控制的轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)控制系統(tǒng)二、DFIG最大風(fēng)能追蹤控制的實現(xiàn)風(fēng)速不同時，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)會運行在不同的區(qū)域，總體可分為四個區(qū)：起動區(qū)，最大風(fēng)能追蹤區(qū)，恒轉(zhuǎn)速區(qū)和恒功率區(qū)，如圖3-18。不同的工作區(qū)域?qū)?yīng)各自的控制方式和控制目標。圖3-18變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運行區(qū)域（a）不同區(qū)域內(nèi)風(fēng)力機的輸出機械功率和風(fēng)速的關(guān)系（b）不同區(qū)域內(nèi)發(fā)電機輸出總電磁功率與發(fā)電機轉(zhuǎn)速的關(guān)系按照最大風(fēng)能追蹤的相關(guān)機理，針對參考值的科學(xué)計算屬于DFIG風(fēng)電機組能夠完成風(fēng)能追蹤處理的重點。在各個機械損耗的基礎(chǔ)上，DFIG輸出整體功率的參考值就是P其中PeP但通常在控制中并不對總電磁功率實行閉環(huán)控制，而是根據(jù)下式&總電磁功率以及定子功率存在著聯(lián)系，形成具體的定子的有功功率的參考值，并且還需要運用有功功率的反饋值，從而能夠形成相應(yīng)的閉環(huán)控制，進而完成對總電磁的整體控制。由上述關(guān)系求得的DFIG定子輸出有功功率參考值為P在定子電壓定向矢量控制下，DFIG能夠根據(jù)定子對電網(wǎng)的功率反饋值也就是PDFIG定子無功功率的參考值根據(jù)電網(wǎng)需要或DFIG優(yōu)化運行展開計算，而與風(fēng)能追蹤沒有聯(lián)系，由式Q在定子電壓定向矢量控制下，通過DFIG定子向電網(wǎng)輸出的無功功率應(yīng)為Q由上述的數(shù)學(xué)模型和定子電壓定向矢量控制的轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)控制框圖可得出實現(xiàn)最大風(fēng)能追蹤的DFIG定子電壓定向矢量控制框圖如圖3-19。圖3-19實現(xiàn)最大風(fēng)能追蹤的DFIG定子電壓定向矢量控制框圖由此得出的Matlab仿真模型如下圖3-20。圖3-20實現(xiàn)最大風(fēng)能追蹤的DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)變換器仿真模型

第四章DFIG的仿真與分析第一節(jié)DFIG的仿真模型經(jīng)過前面幾章對DFIG的數(shù)學(xué)建模和相關(guān)知識的分析，現(xiàn)在已經(jīng)能對雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進行仿真。雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)整體仿真模型如圖4-1。因為課題名稱為并網(wǎng)型雙饋風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁控制策略研究，為簡化分析，故把網(wǎng)側(cè)變換器省略，用一個200V的直流電壓源代替，其效果相同。圖4-1雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)整體仿真模型與發(fā)電機定子相連的電網(wǎng)側(cè)用一個接地的Three-PhaseProgrammableVoltageSource代替，為DFIG電網(wǎng)側(cè)提供穩(wěn)定的三相電壓和電流。在三相可控電壓源與雙饋風(fēng)力發(fā)電機之間選用兩個Three-PhaseV-IMeasurement模塊，配合示波器，使網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)的電壓和電流可以監(jiān)控。異步發(fā)電機用AsynchronousMachineSIUnits模塊，該模塊滿足實際的風(fēng)力發(fā)電機的要求。異步發(fā)電機類型設(shè)置如圖4-2。轉(zhuǎn)子類型為繞線型，機械輸入為轉(zhuǎn)矩。圖4-2異步發(fā)電機類型設(shè)置異步發(fā)電機的參數(shù)為：功率為2200W，額定線電壓為380V，頻率為50Hz，極對數(shù)2，定子電壓為380V，定子電流為5.0A，定子電阻為3.2Ω，定子電感為0.0143H，轉(zhuǎn)子電流為6.0A，轉(zhuǎn)子電阻為2.9658Ω，轉(zhuǎn)子電感為0.0143H，額定轉(zhuǎn)速為1420r/min，定子接法為Y形，轉(zhuǎn)動慣量為0.0131kg.m2。參數(shù)設(shè)置如圖4-3。圖4-3異步發(fā)電機參數(shù)設(shè)置發(fā)電機輸出端通過BusSelector，檢測實時運行狀態(tài)，用示波器實時檢測轉(zhuǎn)子三相電流，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角，同時該量也作為輸入量輸入變換器。變換器通常都是根據(jù)雙饋發(fā)電電系統(tǒng)展開運作的相關(guān)控制系統(tǒng)，其模擬如圖4-4所示。仿真中用到的矢量控制為電網(wǎng)電壓定向矢量控制，因此無功功率給定值為0。系統(tǒng)通過雙閉環(huán)系統(tǒng)，外環(huán)通常都是功率環(huán)，內(nèi)環(huán)通常都是電流環(huán)。內(nèi)環(huán)根據(jù)控制轉(zhuǎn)子電流來控制轉(zhuǎn)子電壓，轉(zhuǎn)子電流通過公式&得出功率外環(huán)的反饋值，通過給定值和反饋值的偏差進行校準。功率環(huán)和電流環(huán)的控制均通過PI調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)。電流環(huán)的反饋值由DFIG的實時轉(zhuǎn)子電流通過坐標切換從而獲得。變換器的具體模型如下：圖4-4轉(zhuǎn)子側(cè)變換器仿真第二節(jié)仿真波形及波形分析本次任務(wù)的目的是要實現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電機的變速恒頻運行方式，即當(dāng)外界風(fēng)速發(fā)生變化時，系統(tǒng)能夠迅速響應(yīng)，發(fā)電機轉(zhuǎn)速產(chǎn)生相應(yīng)的改變時，通過轉(zhuǎn)子勵磁的頻率，保證定子頻率的固定的。在分析風(fēng)速突變之前，先看一下當(dāng)風(fēng)速恒定時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子電流頻率的波形。下表4-1為當(dāng)風(fēng)速在3m/s~11m/s區(qū)間內(nèi)恒定時，測得的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子電流頻率的值.表4-1風(fēng)速恒定時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子電流頻率的值風(fēng)速（m/s）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（r/min）轉(zhuǎn)子電流頻率(Hz)3.09159155.09409407.0107510759.01276127611.018201820分析表4-1可得：（1）當(dāng)外界風(fēng)速較低時，發(fā)電機運行在亞同步狀態(tài)，風(fēng)速增大，轉(zhuǎn)速也隨之增大，而電網(wǎng)頻率恒定，所以轉(zhuǎn)子電流頻率隨風(fēng)速增大而減小，為下式f式中，nr為電機轉(zhuǎn)速，np為極對數(shù)，（2）當(dāng)風(fēng)速達到一定大小時，發(fā)電機運行在同步狀態(tài)，此時轉(zhuǎn)子電流為直流勵磁，轉(zhuǎn)子電流頻率為0.（3）當(dāng)風(fēng)速過大時，發(fā)電機運行在超同步運行狀態(tài)，風(fēng)速增大，轉(zhuǎn)速也隨之增大，而電網(wǎng)頻率恒定，轉(zhuǎn)子電流頻率隨風(fēng)速增大而增大，為下式f由于在不同風(fēng)速下且不同步運行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速波形，轉(zhuǎn)子電流波形大體相似，取風(fēng)速為7m/s時的波形分別如下圖。圖4-5風(fēng)速為7m/s時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速波形圖4-6風(fēng)速為7m/s時的轉(zhuǎn)子電流波形給定的有功功率和發(fā)電機輸入的轉(zhuǎn)矩如圖4-7和4-8。圖4-7給定的有功功率圖4-8發(fā)電機輸入的轉(zhuǎn)矩風(fēng)速為7m/s時的有功功率和無功功率如圖4-9。圖4-9風(fēng)速為7m/s時的有功功率和無功功率研究完風(fēng)速不變的情況之后再研究風(fēng)速突變時的波形。用一個Step模塊表示風(fēng)速，初始風(fēng)速為7.5m/s,在1s時突變?yōu)?.5m/s，波形如圖4-10。圖4-10風(fēng)速在1s時從7.5m/s突變?yōu)?.5m/s此時的有功和電磁轉(zhuǎn)矩變化如圖4-11和4-12。圖4-11給定有功圖4-12電磁轉(zhuǎn)矩運行之后，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的波形如圖4-13。圖4-13風(fēng)速突變前后轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的波形風(fēng)速突變前后轉(zhuǎn)子電流的波形如圖4-14。圖4-14風(fēng)速突變前后轉(zhuǎn)子電流的波形當(dāng)雙饋異步發(fā)電機運行在7.5m/s，且轉(zhuǎn)子處于穩(wěn)定運行狀態(tài)時，取1s之前波形穩(wěn)定的任意一點，如圖4-15為（0.8063s，1135r/min），取1s之后波形穩(wěn)定的任意一點，如圖4-15為（1.826s，1246r/min）。圖4-151s前后分別選取的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的任意兩點當(dāng)雙饋異步發(fā)電機運行在7.5m/s，且轉(zhuǎn)子處于穩(wěn)定運行狀態(tài)時，取轉(zhuǎn)子電流波形1s之前波形穩(wěn)定的同一的相鄰周期的任意兩點，如圖4-16選取的是（0.628s，4.569A）和（0.7106s,4.502A）；同樣的方式選取1s之后的兩點（1.372s，5.11A）和（1.49s，5.084A）。圖4-161s前后分別選取的轉(zhuǎn)子電流的四點風(fēng)速突變前：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為1135r/min，轉(zhuǎn)子電流頻率通過公式f=1T2?T得f風(fēng)速突變后：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為1246r/min，轉(zhuǎn)子電流頻率通過公式f=1T2f通過波形和選取數(shù)據(jù)進行計算可知，風(fēng)速突變之后可以保持定子頻率的恒定，實現(xiàn)了變速恒頻的目標。有功功率和無功功率如圖4-17。圖4-17有功功率和無功功率定子電壓在風(fēng)速突變前后保持不變，波形如圖4-18。圖4-18定子電壓波形定子電流幅值變大，波形如圖4-19。圖4-19定子電流波形總結(jié)與展望本篇論文主要研究了雙饋風(fēng)力發(fā)電機在不同的風(fēng)速下的變速恒頻運行控制。研究中借助了坐標變換和SVPWM技術(shù)搭建了風(fēng)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器和整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型。用STEP模塊模擬風(fēng)速，給定有功功率和無功功率的參考值，在風(fēng)速穩(wěn)定時，系統(tǒng)輸出有功和無功也穩(wěn)定在參考值附近；當(dāng)風(fēng)速突變時，系統(tǒng)能迅速建立新的平衡，有功迅速穩(wěn)定在一個新的值。而通過在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子電流波形上取點，通過計算證明了風(fēng)速突變前后定子輸出電流的頻率也一直穩(wěn)定在50Hz附近，即達到了實驗預(yù)期的變速恒頻的目標。此次研究雖說基本上達成了目標，但也存在著一定的局限性。分析前為了研究的方便，設(shè)置了很多前提條件，即模型的搭建是在相對完美的條件下完成的，許多因素被直接忽略，如忽略了鐵芯損耗，忽略了磁路的非線性飽和，沒有考慮環(huán)境因素，如溫度，濕度等，實驗條件相對理想，達成目標就比較容易了。而此次研究的對象——雙饋異步發(fā)電機（DFIG）雖說是目前技術(shù)最成熟，應(yīng)用最廣泛的風(fēng)力發(fā)電形式，但由于技術(shù)的原因也有其自身的缺點。定子側(cè)與電網(wǎng)連接，中間只隔著一臺變壓器，而轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的控制能力又弱，一旦電網(wǎng)出現(xiàn)波動甚至故障，系統(tǒng)穩(wěn)定性將會極大地降低，其解決方案會十分復(fù)雜。當(dāng)風(fēng)電占比在電網(wǎng)中較小時還不要緊，但隨著風(fēng)電裝機容量在電力系統(tǒng)中的比重越來越大時，該影響也會越來越大。所以在以后的一段時間，針對電網(wǎng)波動或故障去對DFIG的控制策略進行改進仍然是研究的重點。其它形式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，如低速電勵磁同步發(fā)電機（EESG）風(fēng)電系統(tǒng)，低速永磁同步發(fā)電機（PMSG）風(fēng)電系統(tǒng)解決了DFIG多級齒輪箱帶來的成本增加的問題，但在技術(shù)上還不夠成熟，永磁材料成本較高、失磁的問題制約了其的應(yīng)用。單機齒輪箱、全功率變換器式風(fēng)電系統(tǒng)和多級齒輪箱、全功率變換器式風(fēng)電系統(tǒng)介于無齒輪箱和多級齒輪箱之間，但也有各自的問題?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展永不停步，科研人員一直在探索中前行，我國的科學(xué)事業(yè)任重而道遠。我堅信沒有克服不了的阻礙，沒有翻不過的大山，祝愿祖國的科學(xué)事業(yè)蓬勃發(fā)展。參考文獻邱時嚴.雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)故障穿越的控制策略研究[D].湖南大學(xué),2016.蔡文禎.基于MATLAB的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤技術(shù)研究[D].天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué),2014.朱軒彤.區(qū)塊鏈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