變速恒頻雙饋風力發(fā)電機特性分析及其控制策略研究

1、華北電力大學（北京）碩士學位論文變速恒頻雙饋風力發(fā)電機特性分析及其控制策略研究姓名：李煒申請學位級別：碩士專業(yè)：控制理論與控制工程指導教師：呂躍剛20080107華北電力大學碩士學位論文摘要本文首先推導了變速恒頻雙饋發(fā)電機在各坐標系下的數(shù)學模型，并以其穩(wěn)態(tài)等值電路為依據(jù)，推導了功率、電磁轉(zhuǎn)矩等關(guān)鍵量的表達式及其相互關(guān)系，詳細討論了其運行特性與功率流動關(guān)系以及轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)特性、有功、無功功率調(diào)節(jié)特性等穩(wěn)態(tài)特性。接著從討論風力機的工作特性和工作區(qū)域出發(fā)，分析了其輸出機械功率和轉(zhuǎn)速的特性關(guān)系以及最大風能捕獲的控制策略，利用定子磁鏈定向的矢量控制技術(shù)，建立了變速恒頻風電矢量控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了有功功率和無功功

2、率的解耦和獨立控制。最后，本文還將模糊邏輯分別用于最大風能的捕獲和定子無功參考功率的確定，并設(shè)計了模糊邏輯控制器。相應的仿真結(jié)果也驗證了這些控制策略的正確性和有效性。關(guān)鍵詞：變速恒頻，雙饋發(fā)電機，風力發(fā)電，矢量控制，模糊邏輯丘，笛（）：，華北電力大學碩士學位論文摘要本文首先推導了變速恒頻雙饋發(fā)電機在各坐標系下的數(shù)學模型，并以其穩(wěn)態(tài)等值電路為依據(jù)，推導了功率、電磁轉(zhuǎn)矩等關(guān)鍵量的表達式及其相互關(guān)系，詳細討論了其運行特性與功率流動關(guān)系以及轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)特性、有功、無功功率調(diào)節(jié)特性等穩(wěn)態(tài)特性。接著從討論風力機的工作特性和工作區(qū)域出發(fā)，分析了其輸出機械功率和轉(zhuǎn)速的特性關(guān)系以及最大風能捕獲的控制策略，利用定子磁

3、鏈定向的矢量控制技術(shù)，建立了變速恒頻風電矢量控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了有功功率和無功功率的解耦和獨立控制。最后，本文還將模糊邏輯分別用于最大風能的捕獲和定子無功參考功率的確定，并設(shè)計了模糊邏輯控制器。相應的仿真結(jié)果也驗證了這些控制策略的正確性和有效性。關(guān)鍵詞：變速恒頻，雙饋發(fā)電機，風力發(fā)電，矢量控制，模糊邏輯丘，笛（）：，聲尸明本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學位論文變速恒頻雙饋風力發(fā)電機特性分析及其控制策略研究，是本人在華北電力大學攻讀碩士學位期間，在導師指導下進行的研究工作和取得的研究成果。據(jù)本人所知，除了文中特別加以標注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得華北電

4、力大學或其他教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。捌？弓。關(guān)于學位論文使用授權(quán)的說明本人完全了解華北電力大學有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，即：學校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門送交學位論文的原件與復印件；學?？梢圆捎糜坝?、縮印或其它復制手段復制并保存學位論文；學?？稍试S學位論文被查閱或借閱；學?？梢詫W術(shù)交流為目的，復制贈送和交換學位論文：同意學校可以用不同方式在不同媒體上發(fā)表、傳播學位論文的全部或部分內(nèi)容。（涉密的學位論文在解密后遵守此規(guī)定）作者簽名：導師簽名：建邈砷日期：日期：翌墨：型汐華北電力大學碩士學位論文第一章引言課

5、題研究背景風能是一種清潔的、儲量極為豐富的可再生資源，從能源長遠發(fā)展戰(zhàn)略來看，人類必須尋找一條發(fā)展清潔能源的道路，而包括風能、水能、太陽能、地熱能、海洋能、氫能和核能等在內(nèi)的新能源和可再生能源恰恰被普遍認為是一種清潔高效的能源資源。七十年代以來，世界各國政府和國際組織都相繼投入了大量的資金用于新能源和可再生能源的開發(fā)，企圖尋找一條經(jīng)濟社會進步與環(huán)境、資源和人口相協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展的道路，尤其把對常規(guī)能源最具有競爭力的風力發(fā)電，作為促進電力結(jié)構(gòu)多樣化及環(huán)境與生態(tài)的改善的重要途徑。風能是太陽能的一種轉(zhuǎn)換形式，在其轉(zhuǎn)換為電能的過程中，不產(chǎn)生任何有害氣體和廢料，不污染環(huán)境，具有就地取材不需要運輸?shù)忍攸c，

6、因此受到世界各國政府的廣泛重視。幾乎所有的發(fā)達國家均將風能的開發(fā)利用列入本國世紀最重要的任務(wù)。除在財政上予以大力支持外，還制定了相應的法律和法規(guī)扶持風能的開發(fā)利用。在風力發(fā)電中，當風力發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行時，要求風電頻率和電網(wǎng)頻率保持一致，即風電頻率保持恒定，因此風力發(fā)電系統(tǒng)分為恒速恒頻發(fā)電機系統(tǒng)（系統(tǒng)）和變速恒頻發(fā)電機系統(tǒng)（系統(tǒng)）。恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)是指在風力發(fā)電過程中保持發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不變，從而得到和電網(wǎng)頻率一致的恒頻電能，恒速恒頻系統(tǒng)一般來說比較簡單，所采用的發(fā)電機主要是同步發(fā)電機和鼠籠式感應發(fā)電機，前者運行于由電機極數(shù)和頻率所決定的同步轉(zhuǎn)速，后者則以稍高于同步轉(zhuǎn)速的速度運氚而變速恒頻發(fā)電系

7、統(tǒng)是指在風力發(fā)電過程中發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可以隨風速變化，通過其他的控制方式來得到和電網(wǎng)頻率一致的恒頻電能，是一種效率高于前者的新型發(fā)電技術(shù)。為了最大限度地利用風能，人們希望在風速變化時，發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速能隨之變化，在這種情況下，如果沒有任何措施，輸出功率、頻率也會隨著風力的變化而變化，這是不允許的。對發(fā)電機而言，解決的方法有兩種：其一，在定子輸出端加交直交變頻器，先將輸出的電壓轉(zhuǎn)換成直流，再逆變成交流，該種方法存在并網(wǎng)困難，變頻器的功率等級高等缺點；其二，采用雙饋發(fā)電機，定子輸出保持恒定，通過轉(zhuǎn)子進行轉(zhuǎn)差功率控制，超同步運行時，多余的功率通過轉(zhuǎn)子輸入到電網(wǎng)，亞同步運行時，轉(zhuǎn)子側(cè)從電網(wǎng)輸入功率，以保證定

8、子的恒定輸出。因此，風力發(fā)電系統(tǒng)的雙饋變速恒頻控制就是對傳動系統(tǒng)的控制，傳動系統(tǒng)包含一個能量雙向流動的變頻華北電力大學碩士學位論文器，相比較第一種控制方法而言，變頻器的功率等級低得多，因為它控制的是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差功率。本課題基于上述的風電開發(fā)研究背景，主要探討變速恒頻雙饋發(fā)電機在風電系統(tǒng)中的應用。在風力發(fā)電中，由于風速變幻莫測，使對風能資源利用存在一定的困難，所以研究風力發(fā)電先進技術(shù)，提高風力發(fā)電機組的效率，最充分地利用風能資源，有著十分重要的意義。任何一個風力發(fā)電機組都包括作為原動機的風力機和將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電機。其中，作為原動機的風力機，其效率在很大程度上決定了整個風力發(fā)電機組的效率，而風

9、力機的效率又在很大程度上取決于其負荷是否處于最佳狀態(tài)。從風力機的氣動曲線可以看出，存在一個最佳葉尖速比天，并對應一個最佳的效率。所以風力發(fā)電機的最佳控制是維持最佳葉尖速比入。另外，由于要考慮電網(wǎng)對有功功率和無功功率的要求，所以風力機最佳工況時的轉(zhuǎn)速應由其氣動曲線及電網(wǎng)的功率指令綜合得出。目前功率控制主要研究的是對最大風能的追蹤控制，因為發(fā)電機在三相坐標系下的模型，存在高階非線性以及強耦合的特點，很難在此模型下對發(fā)電機進行控制，所以本文引入了矢量變換控制的理論，在雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子側(cè)施加低頻交流實現(xiàn)勵磁，調(diào)節(jié)勵磁電流的幅值、頻率、相序，確保發(fā)電機定子側(cè)輸出功率恒頻恒壓，并且矢量變換技術(shù)實現(xiàn)了發(fā)電機

10、的有功功率和無功功率的獨立調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)有功功率可以調(diào)節(jié)風力機轉(zhuǎn)速，進而實現(xiàn)最大風能捕獲的追蹤控制，調(diào)節(jié)無功功率可以調(diào)節(jié)電網(wǎng)功率因數(shù)，提高風電機組及所并電網(wǎng)系統(tǒng)的動靜態(tài)穩(wěn)定性。但是無論采用何種控制方式，對最大風能的追蹤都要引入風輪葉片的最佳功率曲線，由于此最佳功率曲線建立在標準的測試條件下，沒有考慮參數(shù)變化的影響，從已經(jīng)列出的可能影響風力發(fā)電機組的誤差源和不確定性因素中，研究人員發(fā)現(xiàn)，由于雷諾數(shù)的變化會引起功率上的誤差，而由于葉片上的沉積物和下雨可造成的功率變化，其它諸如葉片老化和大氣條件等因素，也將在機組的能量轉(zhuǎn)換過程中引起不同程度的變化。因此所有基于某些有效系統(tǒng)模型的控制也僅適合于某個特定的系

11、統(tǒng)和確定的工作周期，鑒于上述分析，本文引入了模糊邏輯的智能控制方案，主要考慮利用模糊邏輯系統(tǒng)進行直接轉(zhuǎn)速控制實現(xiàn)最大功率捕獲，該方案的優(yōu)點是無需風速的檢測，對風機參數(shù)和空氣動力參數(shù)沒有依賴性，可實現(xiàn)有功功率的最優(yōu)控制。在風電機組無功功率控制方面，無功功率的調(diào)節(jié)必須要遵循相應的功率極限才不至于造成對電網(wǎng)的沖擊或者導致發(fā)電機本身的過熱，因此本文考慮引入模糊邏輯以優(yōu)化風電機組控制，并盡量降低發(fā)電機本身的損耗，提高發(fā)電機的運行效率。華北電力大學碩士學位論文國內(nèi)外風力發(fā)電現(xiàn)狀國外風力發(fā)電現(xiàn)狀在風電發(fā)展中最有影響、發(fā)展較快的國家有美國、德國、丹麥、印度、荷蘭、英國等。值得一提的是，全世界以上的風電裝機容量

12、分布在這五個國家：德國、美國、丹麥、印度和西班牙。從年起，美國開始對風能利用技術(shù)進行系統(tǒng)的研究，能源部對風能項目的投資已超過億美元。許多著名大學和研究機構(gòu)都參與了風能的研究與開發(fā)。目前，美國有多臺風力發(fā)電機，大部分建在加利福尼亞洲，其發(fā)電量占全美發(fā)電量的左右。美國最大的棕擱泉風電場，有臺風機，裝機容量為萬，相當于一個大型火力發(fā)電廠。美國的肯尼技術(shù)公司是世界上大風機制造商之一。美國制造的風機，其單機容量一般在，。美國是世界上最早重視風力發(fā)電的國家之一。至年，它的裝機容量為萬，就占當年全球風電裝機容量的，雖然由于美國電力工業(yè)改組引起的混亂，使它至年的風電業(yè)沒有太多增長，但隨著電力工業(yè)改組的完成，年

13、時，每年至少交付萬的風輪機產(chǎn)品，形成億美元的風機產(chǎn)業(yè)，風電平均價格將低于美分，預計到年時，風力發(fā)電裝機容量可達萬。到年時，全美風力發(fā)電將占全國電力用量的。丹麥是世界風力發(fā)電的先進國家和風力發(fā)電機主要制造國。年丹麥成立了國立風力發(fā)電試驗站，并對其實行政策性補貼，促使了風力機工業(yè)和風力發(fā)電的發(fā)展。年底全國風力發(fā)電裝機容量達萬，年上升到萬。按規(guī)劃至年風電裝機總量將達萬，屆時相當于國內(nèi)電力用量的，到年時將把風電的比例提高到占全國所需電力的。丹麥政府近期又把注意力轉(zhuǎn)向海洋，于年秋宣布了海上風力發(fā)電計劃，擬于年使海上風力發(fā)電容量達萬，年達到萬，至年達萬。丹麥的風力發(fā)電機制造水平及制造能力均位于世界前列，全

14、球大風機制造商中，丹麥有家。德國是世界上風力發(fā)電規(guī)模最大的國家，在德國，風能是居水力發(fā)電之后最重要的可再生能源來源，風力發(fā)電在德國電力生產(chǎn)中所占的比例己達到。目前，德國共擁有臺風力發(fā)電機，總?cè)萘拷淄?，占歐洲大陸風能發(fā)電總?cè)萘康?，全球風能發(fā)電總量的三分之一。在未來年里，德國風力發(fā)電在電力生產(chǎn)中所占的比例將達到。聯(lián)邦風能協(xié)會的估計更為樂觀，認為風力發(fā)電在電力生產(chǎn)中所占的比例甚至可以提高到。不過，這一切都取決開發(fā)風能發(fā)電的新領(lǐng)域，近海風力發(fā)電的努力是否成功。華北電力大學碩士學位論文印度從世紀年代以后大力引進國外技術(shù)，并采取有力的政策措施促進風力發(fā)電的發(fā)展。年是其風電裝機容量增長最快的一年，增量達萬

15、，裝機總量達萬，年又上升到萬，超過丹麥，成為世界第三個風力發(fā)電最多的國家。另外，西班牙，意大利，日本等國風力發(fā)電的規(guī)模也都位于世界前列。我國風電的發(fā)展現(xiàn)狀毖中國人口眾多，能源資源相對匱乏。中國人口占世界總?cè)丝诘?，己探明的煤炭儲量占世界儲量的石油占、天然氣僅占，人均能源資源占有量不到世界平均水平的一半，石油僅為十分之一。中國擁有的石油、天然氣剩余可采儲量人均都在世界位之后，且勘探開發(fā)成本持續(xù)上升；煤炭的剩余可采儲量也不足百年之用。但中國現(xiàn)在己是世界上第三大能源生產(chǎn)國和第二大能源消費國，中國能源消費排放的二氧化碳約占各種溫室氣體總排放量的。中國溫室氣體排放量約占全世界總排放量的，僅次于美國之后居世

16、界第二位。中國按人均和全國面積平均，溫室氣體排放量很低，但中國隨著能源消費量增加而引起的溫室氣體排放量的增加正引起全球的矚目。國際能源組織預計中國二氧化碳排放量有可能在年前后超過美國。中國是世界環(huán)發(fā)大會聯(lián)合國氣候變化框架公約的簽字國，有義務(wù)根據(jù)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，努力減緩溫室氣體排放的增長率，因此中國政府十分重視和強調(diào)發(fā)展?jié)崈裟茉醇夹g(shù)。我國的風力資源十分豐富，主要集中在沿海、西北、東北及華北的北部地區(qū)，可開發(fā)的風力能源內(nèi)陸為億兆瓦，可利用的近海風能資源約為億兆瓦。但截止年底，我國風電裝機容量為萬千瓦，占電力總裝機的。發(fā)展風力發(fā)電，一方面有利于我國電源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，減輕我國面臨的電力危機；另一方面又有

17、利于減少污染氣體的排放而緩解環(huán)境污染，同時，還有利于減少能源進口方面的壓力，對提高我國能源供應的多樣性和安全性將做出積極的貢獻，由此可見，大力開發(fā)我國的風電資源，具有十分重要的意義。中國陸地可開發(fā)利用的風能在億以上，近年來己建成處風力發(fā)電場，年并網(wǎng)風電機組裝機，年發(fā)電量萬，到年底，并網(wǎng)風電機組裝機容量己達到，年發(fā)電量約億，同時還有萬臺小型獨立運行的風力發(fā)電機在廣大牧區(qū)、海島、有風無電的邊遠地區(qū)運行。風力發(fā)電作為我國電力結(jié)構(gòu)中的新型分布式供電系統(tǒng)，以其靈活、實用的方式，為經(jīng)濟發(fā)展注入活力，取得了可觀的經(jīng)濟效益和巨大的社會效益。近幾年來我國風電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，如圖所示。到年底，中國風電裝機將達到萬，

18、提前年完成原定年的且標，中國政府目前公布的風電華北電力大學碩十學位論文發(fā)展目標是年將達到萬?？镑冶┒x圖年全國風電總裝機容量我國風電建設(shè)與德國、丹麥等國家相比，雖然還存在著法律政策扶持力度不足、建設(shè)資金缺乏、行業(yè)壁壘限制等困難，但風電行業(yè)發(fā)展已走完了起步階段，用戶對大功率機組需求旺盛，裝備制造已具備了相當?shù)幕A(chǔ)。預計今后幾年內(nèi)較大的國產(chǎn)化機組會有很大市場，目前每年已達臺以上，三五年內(nèi)將會達每年臺以上，國產(chǎn)較大機組試制試運還需一定時間，然后將形成市場，風電機組由國外產(chǎn)品主導的局面將逐漸改善。風電機組的生產(chǎn)和制造水平是反映一個國家風電發(fā)展水平的重要因素。我國從世紀年代開始研制大型并網(wǎng)型風電機組，但

19、直到年在國家“乘風計劃”的支持下，才真正從科研走向了市場。目前我國已基本掌握了大型風電機組的制造技術(shù)，主要零部件均能實現(xiàn)國產(chǎn)化，并開始研制兆瓦級風電機組。風力發(fā)電技術(shù)概述及其發(fā)展現(xiàn)狀定槳距調(diào)節(jié)技術(shù)和變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)風力發(fā)電系統(tǒng)的兩個主要部件是風力機和發(fā)電機。按風力機的控制方式劃分，風力發(fā)電技術(shù)大體可分為定槳距失速調(diào)節(jié)和變槳距調(diào)節(jié)兩種。（）定槳距失速調(diào)節(jié)技術(shù)定槳距風力發(fā)電機組的槳葉節(jié)距角和轉(zhuǎn)速都是固定不變的，這一限制，使得風力發(fā)電機組的功率曲線上只有一點具有最大功率系數(shù)，這一點對應于某一個葉尖速比。當風速變化時，功率系數(shù)隨之改變。而要在變化的風速下保持最大的功率因數(shù)，必須保持轉(zhuǎn)速和風速之比不變，也

20、就是說，風力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速要能跟隨風速的變化。這種技術(shù)的基本原理是利用槳葉翼型本身的失速特性，即高于額定風速時，氣流的攻角增大到失速條件，使槳葉表面產(chǎn)生渦流，降低效率，從而自動地將功率限制在額定值附近。實際上，當風速高于額定風速時，很難做到功率恒定，通常有些華北電力大學碩士學位論文下降，如圖所示。）變緊距風力發(fā)電機組定槳距風力發(fā)電機組圖變槳距和定槳距調(diào)節(jié)特性這種方式調(diào)節(jié)簡單可靠，控制大大簡化。但是，定槳距風力發(fā)電機組存在低風速時的運行效率低的問題。在整個運行風速范圍內(nèi)（墨，），由于氣流的速度是不斷變化的，如果風力機的轉(zhuǎn)速不能隨風速的變化而調(diào)整，就必然要使風輪在低風速時的效率降低（若設(shè)計低風速時

21、效率過高，會使槳葉過早進入失速狀態(tài)）。同時，發(fā)電機本身也存在低負荷時的效率問題，盡管目前用于風力發(fā)電機組的發(fā)電機已能設(shè)計的非常理想，它們在額定功率范圍內(nèi)，均有高于的效率，但當功率額定功率時，效率仍然會急劇下降。為了解決上述問題，定槳距風力發(fā)電機組普遍采用雙速發(fā)電機，即采用兩個不同額定功率、不同極對數(shù)的異步發(fā)電機。大功率高轉(zhuǎn)速的發(fā)電機工作于高風速區(qū)，小功率低轉(zhuǎn)速的發(fā)電機工作于低風速區(qū)，從而提高低風速區(qū)的運行效率。（）變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)從空氣動力學角度來考慮，當風速過高時，只有通過調(diào)整槳葉節(jié)距，改變氣流對葉片攻角，從而改變風力發(fā)電機組獲得的空氣動力轉(zhuǎn)矩，才能使功率輸出保持穩(wěn)定，同時，風力機在起動過程中

22、也需要通過變距來獲得足夠的起動轉(zhuǎn)矩，這就是風力機的變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)。變槳距風力發(fā)電機組與定槳距風力發(fā)電機組相比，具有在額定功率點以上輸出功率平穩(wěn)的特點，如圖所示。變槳距風力發(fā)電機組的功率調(diào)節(jié)不完全依靠葉片的氣動性能。當功率在額定功率以下時，控制器將葉片節(jié)距角置于附近，不作變化，可認為等同于定槳距風力發(fā)電機組，發(fā)電機的輸入功率根據(jù)葉片的氣動性能隨風速的變化而變化。當功率超過額定功率時，變槳距機構(gòu)開始工作，調(diào)節(jié)葉片節(jié)距角，將發(fā)電機的輸入功率限制在額定值附近。由于大型風力發(fā)電機組的單個葉片已重達數(shù)噸，變槳距調(diào)節(jié)的響應速度要跟上風速的變化是相當困難的。變槳距調(diào)節(jié)機構(gòu)對風速有一定的時延，在陣風出現(xiàn)時，容易

23、造成風機瞬時過載，不利于風機的運行。從圖還可以看出，同樣的兩臺風力機組，在相同的額定功率點，采用變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)的機組額定風速要比采用定槳距失速調(diào)節(jié)技術(shù)的機組低。對于定槳距風華北電力大學碩士學位論文力發(fā)電機組，一般在低風速段風能利用系數(shù)較高，風速過額定點后，其風能利用系數(shù)，開始大幅度下降。這時隨著風速的升高，槳葉開始失速，功率反而有所下降。對于變槳距風力發(fā)電機組，由于槳葉節(jié)距可以控制，無需擔心風速超過額定點后的功率控制問題，可以使得額定功率點后仍然具有較高的風能利用系數(shù)。變速恒頻發(fā)電技術(shù)在風力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機負責將機械能轉(zhuǎn)換為電能。風力發(fā)電機及其控制系統(tǒng)的運行狀況和控制技術(shù)，也決定著整個系統(tǒng)的

24、性能和輸出的電能質(zhì)量。根據(jù)發(fā)電機的運行特征和控制技術(shù)，風力發(fā)電技術(shù)可分為恒速恒頻風力發(fā)電技術(shù)和變速恒頻風力發(fā)電技術(shù)。恒速運行的風力機轉(zhuǎn)速不變或者基本不變，而風速經(jīng)常變化，風能利用系數(shù)往往偏離最大值，使風力機常常運行于低效狀態(tài)。恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)多采用籠型異步電機作為并網(wǎng)運行的發(fā)電機，并網(wǎng)后在電機機械特性曲線的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)運行，異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速。當風力機傳給發(fā)電機的機械功率隨風速增加時，發(fā)電機的輸出功率及其反轉(zhuǎn)矩也相應增大。當轉(zhuǎn)子速度高于同步轉(zhuǎn)速時達到最大值，若超過這個轉(zhuǎn)速，異步發(fā)電機進入不穩(wěn)定區(qū)，產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)矩減小，導致轉(zhuǎn)速迅速升高，引起飛車，這是十分危險的。世紀年代中期開始，變速恒

25、頻發(fā)電系統(tǒng)逐漸發(fā)展起來。與恒速恒頻系統(tǒng)相比，變速恒頻系統(tǒng)的發(fā)電機轉(zhuǎn)速可在很大范圍內(nèi)變化而不影響其輸出電壓和頻率，輸出頻率與轉(zhuǎn)速無關(guān)；同時可在很寬的風速范圍內(nèi)保持基本恒定的最佳葉尖速比，使風能最大限度地轉(zhuǎn)換為機械能提供給發(fā)電機，風能利用率比恒速風機高得多。當一臺風電機組安裝在平均風速與其最佳設(shè)計工況的平均風速相差較大時，變速運行的優(yōu)勢就更加明顯了。許多變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)能夠很好地控制功率因數(shù)，甚至向電網(wǎng)輸送無功，這是一般的感應電機發(fā)電系統(tǒng)所不能做到的。為了實現(xiàn)變速恒頻，有很多種方案，有的從發(fā)電機本身的設(shè)計考慮，有的采用電力電子學方法。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，以電力電子器件構(gòu)成的變流

26、裝置為主要特征的變速恒頻技術(shù)已經(jīng)成為主流。采用變速恒頻技術(shù)的風力發(fā)電系統(tǒng)主要有下面三種形式：（）交一直一交風力發(fā)電系統(tǒng)這種系統(tǒng)中的變速恒頻控制是在電機的定子電路中實現(xiàn)的，如圖所示。由于風速的不斷變化，風力機和發(fā)電機也隨之變速運行。發(fā)電機發(fā)出的頻率變化的交流電首先通過三相橋式整流器變換成直流電，然后通過逆變器轉(zhuǎn)換為恒定頻率的交流電送入工頻電網(wǎng)。華北電力大學碩士學位論文心發(fā)電機諗冉整流囂豐且仉叩逆交囂廿電網(wǎng)燹頻器圖交一直一交風力發(fā)電系統(tǒng)這種方案盡管實現(xiàn)了變速恒頻控制，具有變速恒頻控制的一系列優(yōu)點，但由于變頻器在定子側(cè)，變頻器的容量要和發(fā)電機的容量相同，這使整個系統(tǒng)的成本和重量顯著增加，在大容量風力

27、發(fā)電系統(tǒng)中難以實現(xiàn)；一般這種系統(tǒng)都采用異步發(fā)電機，其缺點是需要從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率，在需要額外的無功補償裝置同時，它的電壓和功率因素控制也比較困難。（）變速恒頻雙饋型風力發(fā)電系統(tǒng)變速恒頻雙饋型風力發(fā)電機是繞線式異步發(fā)電機的一種，其定子繞組直接接入工頻電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組接線端由三只滑環(huán)引出，通過一臺雙向變頻器接至電網(wǎng)，系統(tǒng)如圖所示。由于轉(zhuǎn)子繞組通入低頻交流電流進行勵磁，這樣，無論發(fā)電機運行于超同步還是次同步狀態(tài)。雙饋發(fā)電機的定子繞組端口并網(wǎng)后始終送出恒定頻率，恒定電壓的電功率，轉(zhuǎn)子繞組端口的功率可以實現(xiàn)逆向流動，其流向取決于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。一般情況下（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于同步速），其定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組同時向電

28、網(wǎng)饋電，因此又稱為雙饋發(fā)電機。由于這種變速恒頻控制方案是在轉(zhuǎn)子電路中實現(xiàn)的，流過轉(zhuǎn)子電路的功率是由發(fā)電機的轉(zhuǎn)速運行范圍所決定的轉(zhuǎn)差功率，僅為定子額定功率的一部分，因此圖中所示的雙向勵磁變頻器的容量僅為發(fā)電機容量的，部分，這樣，無論機組的重量還是機組成本都將會大大降低。交流勵磁雙饋型風力發(fā)電系統(tǒng)除了可實現(xiàn)變速恒頻控制、減少變頻器的容量以外，還可以在磁場定向矢量控制下實現(xiàn)有功功率、無功功率解耦控制，并且可以對電網(wǎng)起無功補償?shù)淖饔?。雙向變頻曩圖變速恒頻雙饋發(fā)電機組華北電力大學碩士學位論文（）無刷雙饋型風力發(fā)電系統(tǒng)針對雙饋異步發(fā)電機仍有滑環(huán)和電刷、存在機械磨損的不足，雙饋發(fā)電機的無刷化可提高系統(tǒng)的可靠

29、性，是交流勵磁雙饋型風力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展方向。雙饋電機的無刷化可分為兩種形式：一種是級聯(lián)式無刷雙饋電機，即將兩臺極對數(shù)分別為。、的繞線式異步電機同軸相聯(lián)，兩轉(zhuǎn)子繞組不用滑環(huán)電刷而直接相連，極對數(shù)為。的電機定子繞組當電機功率繞組用，而極對數(shù)為，的電機定子繞組當勵磁控制繞組用；另一種是采用單電機結(jié)構(gòu)的普通無刷雙饋電機，在定子上裝設(shè)兩套極對數(shù)不同的繞組，極對數(shù)為。的當電機功率繞組用，極對數(shù)為以當勵磁控制繞組用，轉(zhuǎn)子具有特殊的結(jié)構(gòu)，能夠耦合極對數(shù)不同的定子功率繞組與控制繞組。圖無刷雙饋型發(fā)電機采用普通無刷雙饋電機的風力發(fā)電系統(tǒng)如圖所示。值得注意的是，級聯(lián)式無刷雙饋電機只是普通無刷雙饋電機的原型，且由于其

30、本身固有的體積較大、成本較高的缺點，并未被實際應用，而普通無刷雙饋電機則由于具有體積較小、成本較低的優(yōu)點，可望進入實用領(lǐng)域。有必要說明的是，無論。從結(jié)構(gòu)上還是工作原理上，級聯(lián)式無刷雙饋電機與普通無刷雙饋電機都有著本質(zhì)的區(qū)別，是截然不同的兩種電機。無刷雙饋型發(fā)電機具有與有刷雙饋發(fā)電機相同的特性，但沒有滑環(huán)和電刷，既降低了電機的成本，又提高了系統(tǒng)運行的可靠性，只是目前仍處于實驗研究階段，尚未進入工程實用階段。除上面介紹的三種外，變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)還有其他不同的形式。總的來看，交流勵磁雙饋發(fā)電機組技術(shù)及其無刷化目前仍然是風力發(fā)電的重要方向，而且值得一提的是，交流勵磁雙饋發(fā)電機的運用已經(jīng)成為目前風力

31、發(fā)電工程技術(shù)的主流。本文的主要研究內(nèi)容本文的主要研究對象是圖所示的變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)。目前雙饋發(fā)華北電力大學碩士學位論文電機是在變速恒頻發(fā)電中應用最為普遍的一種，它具有定、轉(zhuǎn)子雙套繞組，發(fā)電機向電網(wǎng)輸出的功率由兩部分組成，即直接從定子側(cè)輸出的功率和通過變頻器電源從轉(zhuǎn)子側(cè)輸出的功率。交流勵磁變速恒頻的實現(xiàn)是在異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子中施加三相低頻交流電流進行勵磁，調(diào)節(jié)勵磁電流的幅值、頻率、相序，確保發(fā)電機輸出功率恒頻恒壓。眾所周知，雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)是一個高階、多變量、非線性、強耦合的機電系統(tǒng)，采用近似單變量處理的傳統(tǒng)標量控制無論在控制精度還是在動態(tài)性能上均不能達到要求，為實現(xiàn)對雙饋發(fā)電機組的高性能

32、控制，本文在分析雙饋發(fā)電機在各種坐標系下模型的基礎(chǔ)上，采用基于定子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)，完全實現(xiàn)了有功功率和無功功率的解耦控制，并通過建立了仿真模型加以驗證。圖風力機功率特性曲線一般情況下，控制系統(tǒng)的有功參考功率主要針對在額定風速以下時對最大風能追蹤進行控制，系統(tǒng)的無功功率可根據(jù)電力系統(tǒng)對無功功率的需求，發(fā)電機端轉(zhuǎn)子的發(fā)熱極限或者雙饋發(fā)電機系統(tǒng)的恒功率因數(shù)功率輸出對無功功率進行調(diào)節(jié)。對于雙饋發(fā)電機在其低風速區(qū)域進行最大風能追蹤控制，也即是跟蹤給定的功率特性叭曲線，如圖示，呲以計算值為依據(jù)，連續(xù)控制發(fā)電機輸出功率。根據(jù)風能轉(zhuǎn)換的原理，風力發(fā)電機組的功率輸出主要取決于風速，但除此之外，氣壓、氣溫

33、和氣流擾動等因素也顯著地影響其功率輸出，因為風力機葉片的功率曲線是在空氣的標準狀態(tài)下測出的。風場的氣溫或者氣壓變化，風力機葉片的磨損、老化都會導致在追蹤最大風能控制時引起失真。對無功功率的調(diào)節(jié)，如果不考慮無功功率極限會造成發(fā)電機端轉(zhuǎn)子的過熱或者是對電網(wǎng)的產(chǎn)生沖擊，導致端電壓下降或電網(wǎng)損耗過高等問題，鑒于這些原因，本論文的最后部分做了一些有效的改進，在有功功率、無功功率的調(diào)節(jié)控制過程中引入模糊邏輯來進行追蹤最大風能和優(yōu)化發(fā)電機運行。華北電力大學碩士學位論文本文主要研究風力發(fā)電的基礎(chǔ)理論和風電機組的控制策略，重點研究雙饋發(fā)電機變速恒頻的運行機理、雙饋發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)特性分析，不同坐標系下的模型分析，矢

34、量控制系統(tǒng)及其有功功率、無功功率的解耦控制，以及基于模糊邏輯的雙饋發(fā)電機效率優(yōu)化控制等。主要內(nèi)容可概括為如下幾點：介紹交流勵磁雙饋發(fā)電機變速恒頻運行的基本原理，推導雙饋發(fā)電機在各種坐標系下的模型，并對雙饋發(fā)電機在定子量、轉(zhuǎn)子量兩相坐標系下的數(shù)學模型進行分析，根據(jù)其等效電路對其功率流程，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)特性，有功功率、無功功率調(diào)節(jié)特性等穩(wěn)態(tài)特性進行分析。分析雙饋發(fā)電機進行矢量坐標變換的必要性，討論變速恒頻雙饋風力發(fā)電機組的運行區(qū)域，闡述交流勵磁風力發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)最大風能追蹤控制的機理，采用定子磁鏈定向的方法，建立矢量控制系統(tǒng)，目標是實現(xiàn)系統(tǒng)的有功功率和無功功率解耦和獨立控制。在對雙饋風力發(fā)電機組矢量控制系

35、統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，分析系統(tǒng)最大風能追蹤控制策略存在對風機和大氣參數(shù)的依賴性及適用性的不足，本文通過設(shè)計模糊邏輯控制器，以風力機的輸出功率為依據(jù)，設(shè)定發(fā)電機的參考轉(zhuǎn)速，通過跟蹤不同風速下的發(fā)電機的最佳轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)風力機運行性能的優(yōu)化。討論對變速恒頻風電系統(tǒng)的無功功率控制的調(diào)節(jié)，在研究無功功率調(diào)節(jié)原則的基礎(chǔ)上，本文重點分析從發(fā)電機端來控制系統(tǒng)的無功功率，利用模糊控制器以降低雙饋發(fā)電機本身的損耗，提高發(fā)電機的運行效率為目的，來調(diào)節(jié)風電機組系統(tǒng)的無功功率。利用建立系統(tǒng)各個部分的仿真模型：風力機模型、雙饋電機模型和矢量控制模型，設(shè)計捕獲最大風能模糊控制器，無功功率模糊控制器等，調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，對系統(tǒng)進行仿真

36、。華北電力大學碩士學位論文第二章雙饋發(fā)電機模型建立及其穩(wěn)態(tài)特性分析雙饋風力發(fā)電機的運行機理眾所周知，風能是一種具有隨機性特征的能源，風力機在不同風速下風輪所能吸收的最大風能不同，但是在每種風況下都有一個對應的最佳運行轉(zhuǎn)速，此轉(zhuǎn)速下風能利用系數(shù)最大，而且風施加給風力機的應力最大，所以為獲得風力機的最佳運行效率，應控制風力發(fā)電機組運行在這個優(yōu)化的轉(zhuǎn)速下。傳統(tǒng)的恒速恒頻發(fā)電方式由于只能固定運行在某一轉(zhuǎn)速上才能達到最高運行效率，當風速改變時風力機就會偏離最佳運行轉(zhuǎn)速，導致運行效率下降，浪費風力資源，增大風力機的磨損。變速恒頻發(fā)電技術(shù)改變了恒速才能恒頻的傳統(tǒng)發(fā)電理念，被廣泛應用于風能、太陽能、潮汐能等綠

37、色能源開發(fā)領(lǐng)域。雙饋發(fā)電機（，簡稱）在變速恒頻發(fā)電中應用較為廣泛，具有定子、轉(zhuǎn)子雙套繞組，可以從定、轉(zhuǎn)子兩側(cè)回饋能量，兼有同步發(fā)電機和異步發(fā)電機的特點，控制靈活性好，具有較強的無功調(diào)節(jié)能力。采用變速恒頻發(fā)電方式，可按照捕獲最大風能的要求，在風速變化的情況下實時調(diào)節(jié)風力機轉(zhuǎn)速，使之始終運行在與該風速對應的最佳轉(zhuǎn)速上，從而提高了機組發(fā)電效率，優(yōu)化了風力機的運行性能，還可使發(fā)電機組與電網(wǎng)系統(tǒng)之間實現(xiàn)良好的柔性連接，比傳統(tǒng)的恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)更容易實現(xiàn)并網(wǎng)操作及運行。雙饋發(fā)電機的優(yōu)勢主要表現(xiàn)為：）小容量的變頻器降低了發(fā)電系統(tǒng)的成本，也使技術(shù)可靠性提高，在發(fā)電機穩(wěn)定運行時，可以用較小的勵磁功率獲得較大的發(fā)

38、電輸出功率；）可以通過調(diào)節(jié)勵磁來調(diào)節(jié)發(fā)電機的功率因數(shù)，保證輸出電能的質(zhì)量；）轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速范圍寬。交流勵磁變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)目前應用比較廣泛，該系統(tǒng)采用雙饋型感應發(fā)電機，定子直接接到電網(wǎng)上，要求定子側(cè)頻率必須嚴格和電網(wǎng)頻率一致，轉(zhuǎn)子通過一、三相變頻器實現(xiàn)交流勵磁，如圖所示。當風速發(fā)生變化時，發(fā)電機轉(zhuǎn)速隨之變化，也就是，塒發(fā)生變化，若控制轉(zhuǎn)子勵磁電流的頻率矗，可使定子頻率恒定，即可實現(xiàn)變速恒頻發(fā)電。即：一厶式中：正為電網(wǎng)頻率（）；厶為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率（），厶一，為發(fā)電機機械轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)分）；玎。為發(fā)電機的極對數(shù)；（）華北電力大學碩士學位論文為轉(zhuǎn)子電流頻率（）。發(fā)電機的機械角速度和電角速度之間的關(guān)系

39、為鱗一再。當發(fā)電機的轉(zhuǎn)速夠小于同步轉(zhuǎn)速皚時，處于亞同步狀態(tài)，此時變頻器電源向發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路提供轉(zhuǎn)差功率；當大于同步轉(zhuǎn)速劬時，處于超同步狀態(tài)，此時轉(zhuǎn)子通過變頻器向電網(wǎng)回饋轉(zhuǎn)差功率，變頻器可以實現(xiàn)能量逆向流動；當?shù)扔谕睫D(zhuǎn)速時，處于同步狀態(tài)，此時發(fā)電機相當于同步電機運行，勵磁變換器向轉(zhuǎn)子僅提供直流勵磁。由式可知，當雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)速變化時，即，。廠卅變化時，可以控制進行相應變化，以使五保持恒定不變，實現(xiàn)變速恒頻控制。變速恒頻交流勵磁雙饋風力發(fā)電（文中所提到的交流勵磁雙饋發(fā)電機和變速恒頻雙饋發(fā)電機，均為對雙饋發(fā)電機的不同描述）方案除了可實現(xiàn)變速恒頻控制、減小變換器的容量外，還可實現(xiàn)有功、無功的解耦控制

40、，可根據(jù)電網(wǎng)的要求輸出相應的感性或容性無功，這種無功控制的靈活性對電網(wǎng)非常有利。雙饋發(fā)電機模型三相靜止坐標系下的數(shù)學模型一。上節(jié)已經(jīng)對交流電機的基本運行機理有過大致介紹，但是在交流勵磁風力發(fā)電系統(tǒng)中，由于風速的不確定性，所以對其動態(tài)特性要求較高，我們必須對電機的動態(tài)過程進行分析，即分析瞬態(tài)的電流、電壓、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩以及它們之間的關(guān)系等。為了研究交流勵磁雙饋電機的動態(tài)性能，我們有必要先討論交流勵磁雙饋發(fā)電機的動態(tài)數(shù)學模型。三相靜止坐標系下雙饋發(fā)電機物理模型華北電力大學碩士學位論文圖為雙饋發(fā)電機在三相靜止坐標系下的物理模型，其結(jié)構(gòu)與三相繞線式感應電機相似，是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)。為了

41、建立數(shù)學模型，一般作如下假設(shè)：）相繞組對稱，忽略空間諧波，磁勢沿氣隙圓周按正弦分布。）忽略磁路飽和，各繞組的自感和互感都是線性的。）忽略鐵損。）不考慮頻率和溫度變化對繞組的影響。電壓方程選取下標表示定子側(cè)參數(shù)，下標，表示轉(zhuǎn)子側(cè)參數(shù)。定子各相繞組的電阻均取值為廠，轉(zhuǎn)子各相繞組的電阻均取值為廠，。于是，交流勵磁發(fā)電機定子繞組電壓方程為：加一一韶吵刎，轉(zhuǎn)子繞組電壓方程為：“幽，。（）（）式中：彳，口，距，搿。，盥。一定子和轉(zhuǎn)子相電壓的瞬時值；，。，屯，一定子和轉(zhuǎn)子相電流的瞬時值；妒，口，妒，妒。，妒，妒。一各相繞組的全磁鏈；，一定子和轉(zhuǎn)子的繞組電阻；一微分算子要。班磁鏈方程陋】【二主二。，卜，】其中

42、：（）妒胱妒妒口！妒；妒。妒。妒，。御虻。：，三脅血，。，一互。瓦，一二，柑一五一三。，一。二一腳華北電力大學碩士學位論文?！?，一舯二一：么，三，一互一。一艚，一一一三。毛二州以一爭酬以爭三。也，州一爭（，）他爭以，。和工，兩個分塊矩陣互為轉(zhuǎn)置，且與轉(zhuǎn)角位置印有關(guān)，他們的兀素是變參數(shù)，這是系統(tǒng)非線性的一個根源。為了把變參數(shù)轉(zhuǎn)化為常參數(shù)需要進行坐標變換，這將于后面討論。運動方程變速恒頻雙饋發(fā)電機內(nèi)部電磁關(guān)系的建立，離不開輸入的機械轉(zhuǎn)矩和由此產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩之間的平衡關(guān)系。簡單起見，忽略電機轉(zhuǎn)動部件之間的摩擦，則轉(zhuǎn)矩之間的平衡關(guān)系為：乙哪言華（）捍式中，乙為原動機輸入的機械轉(zhuǎn)矩，為電磁轉(zhuǎn)矩，為系統(tǒng)的

43、轉(zhuǎn)動慣量，刀為電機極對數(shù)，為機械轉(zhuǎn)速（。竺）。電磁轉(zhuǎn)矩方程一丐卟魯¨別叫圳弛嘲啦）噸峨啦）（等）（）（甜一）咖（啡一等）】坐標矢量變換的基本概念從上節(jié)推導出的三相坐標系下雙饋發(fā)電機的數(shù)學模型卜可以看出，其數(shù)學模型是一個多變量、非線性、強耦合的高階系統(tǒng)，要分析和求解它的微分方程組十分困難的。因此，我們需要利用坐標變換方法對發(fā)電機模型進行等效變換以便于其控制量的解耦。華北電力大學碩士學位論文由于是用空間矢量來描述交流勵磁雙饋發(fā)電機的坐標系，因此所用到的坐標變換稱為矢量坐標變換，進行坐標變化必須要滿足相應的變換原則，發(fā)電機是機電能量轉(zhuǎn)換裝置，其氣隙磁場是由各繞組的電流產(chǎn)生的，可見只有遵守前

44、后氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場相同，電流變換矩陣方程式才能成立，從而確定的電流變化矩陣才是正確的。在確定電壓變化矩陣和阻抗變化矩陣時，應遵守變換前后功率不變的原則，然后根據(jù)功率不變的約束原則，可以由已知的電流變換矩陣求出電壓變化矩陣和阻抗變換矩陣。雙饋發(fā)電機通常實現(xiàn)的變換是三相靜止坐標系到兩相靜止坐標系的變換以及兩相靜止坐標系到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系的變換，上述三類坐標系下雙饋發(fā)電機的物理模型如圖示：參盧。、。力文口一一圖三類坐標系下發(fā)電機的物理模型再看圖）中的兩個匝數(shù)相等且互相垂直的繞組和，其中分別通以直流電流屯和。，也能夠產(chǎn)生合成磁動勢，但其位置相對于繞組來說是固定的。如果讓包含兩個繞組在內(nèi)的整個鐵芯以轉(zhuǎn)

45、速旋轉(zhuǎn)，則磁勢自然也隨著旋轉(zhuǎn)起來，稱為旋轉(zhuǎn)磁勢。于是這個旋轉(zhuǎn)磁勢的大小和轉(zhuǎn)速與圖）和圖）中的磁勢一樣，那么這套旋轉(zhuǎn)的直流繞組也就和前兩套固定的交流繞組等效了。，習慣上，我們分別稱圖）、）、）中三種坐標系統(tǒng)為三相靜止坐標系（坐標系）、兩相靜止坐標系（一聲一坐標系）、兩相旋轉(zhuǎn)坐標系（一坐標系）。要想使以上三種坐標系具有等效關(guān)系，關(guān)鍵是要確定、乇與屯、和、之間的關(guān)系，以保證它們產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢，而這就需要我們引入如下坐標變換矩陣。由三相靜止坐標系到兩相靜止坐標系的變換矩陣圖為三相靜止繞組到兩相靜止繞組的空間矢量位置示意圖，其坐標變化矩陣為：華北電力大學碩士學位論文一。孝廳壓拈（）壓壓壓壓掃信尸一

46、一壓（）魚為應，?？趫D三相靜止繞組到兩相靜止繞組的空間矢量位置由兩相靜止坐標系到同步旋轉(zhuǎn)坐標系的變換矩陣如圖所示，為定子電流空間矢量，圖中坐標系是任意同步旋轉(zhuǎn)軸系，旋轉(zhuǎn)角速度為同步角速度。由于兩相繞組一聲在空間上的位置是固定的，因而軸和軸的夾角伊隨時間而變化（；譬），在矢量變換控制系統(tǒng)中，妒通常稱為磁場定向角。由圖。容易看出，屯、和乞、存在下面的關(guān)系：川茹囂煳令：華北電力大學碩士學位論文，五【：；驢】，式表示了由兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系到兩相靜止坐標系的矢量旋轉(zhuǎn)變換矩陣。從而得到，一【蜀唧】川式則表示了兩相靜止坐標系到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系的矢量旋轉(zhuǎn)變換矩陣。圖旋轉(zhuǎn)變換矢量關(guān)系圖三相靜止坐標系到同步旋轉(zhuǎn)一坐標系的變換經(jīng)過相變換及矢量旋轉(zhuǎn)變換，容易得出三相靜止坐標系和一同步旋轉(zhuǎn)坐標系之間變換矩陣：妒州驢一爭州妒了），黏一，、厘痂妒“寺）砒如爭壓壓壓由于恒功率坐標變換矩陣為正交矩陣，易知：，知一三，同步旋轉(zhuǎn)坐標系下雙饋發(fā)電機的數(shù)學模型伸一。因為定子繞組接入無窮大電網(wǎng)，定子旋轉(zhuǎn)磁場角速度為同步角速度，因此，我們選用在空間以恒定同步速旋轉(zhuǎn)的一坐標系下的變量替代三相靜止坐標系下的真實變量來對電機進行分析。在穩(wěn)態(tài)時，各電磁量的空間矢量相對于坐標軸靜華北電力大學