外文翻譯--風(fēng)力渦輪機驅(qū)動的雙饋型感應(yīng)發(fā)電機的動態(tài)建模與控制 中文版

1 學(xué)號： 08463127 常 州 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯 2012 屆 外文題目 Dynamic Modeling and Control of Doubly Fed Induction Generators Driven by Wind Turbines 譯文題目 風(fēng)力渦輪機驅(qū)動的 雙饋型感應(yīng)發(fā)電機的 動態(tài)建模與控制 外文出處 /electricalengineeringfacpub/140 學(xué) 生 謝正東 學(xué) 院 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級 電氣 081 校內(nèi)指導(dǎo)教師 王雪 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 講師 校外指導(dǎo)老師 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 二 一二 年 三 月 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯 第 1 頁 共 18 頁 風(fēng)力渦輪機驅(qū)動的 雙饋型感應(yīng)發(fā)電機的 動態(tài)建模與控制 Wei Qiao, IEEE 會員 摘要 兩種不同的模型在 PSCAD/EMTDC中被提出并發(fā)展于用來代表配有一 個雙饋感應(yīng)發(fā)電機（ DFIG）的變速風(fēng)力發(fā)電機組。其中一個是最詳細的開關(guān) (SL)模型。另一個是一個簡化的基本頻率 (FF)模型。如今正在對 風(fēng)力渦輪發(fā)電機（ WTG）系統(tǒng) 對 不同軸系統(tǒng)的動態(tài)行為表現(xiàn)和阻尼低頻扭轉(zhuǎn)振幅的影響進行調(diào)查研究。進行動態(tài)和暫態(tài)仿真研究是為了比較兩種模型在不同軸系統(tǒng)中的表現(xiàn)。 研究 結(jié)果表明， FF模型是適用的，而集中質(zhì)量軸模式不足以代表的風(fēng)力發(fā)電機組的動態(tài)行為 。因此，建議用有雙質(zhì)量軸的 FF模型來代表雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機的電力系統(tǒng)動態(tài)和瞬態(tài)研究。 關(guān)鍵詞 -雙饋感應(yīng)發(fā)電機，動態(tài)模型，基頻模型，軸系統(tǒng)，開關(guān)級模型，扭轉(zhuǎn)振蕩，風(fēng)力渦輪機 I. 介紹 全世界對環(huán)境污染和可能出現(xiàn)的能源危機已越來越關(guān)注，并且已經(jīng)導(dǎo)致了對清潔的可再生能源的需求不斷增長。在各種各樣的可再生能源中，風(fēng)力能源是發(fā)展最快的。 在最近的十年里，由 于裝備有雙倍電磁感應(yīng)發(fā)電機（ DFIG）的變速風(fēng)力渦輪機引人注目 優(yōu)越性 ，這一概念已經(jīng)受到的越來越多的關(guān)注已經(jīng)超過了其他用來發(fā)電的風(fēng)力渦輪發(fā)電機（ WTG） 1。在 DFIG 的概念中，歸納法產(chǎn)生器是連接在定子終端機網(wǎng)絡(luò)中的，但是轉(zhuǎn)子終端機又經(jīng)由一個局部負荷可變頻率 AC/DC/AC 的整流器 (VFC)連接到網(wǎng)絡(luò)中。 VFC需要處理總功率的一部分（ 25-30%)來達成對發(fā)電機的完全控制。 很多的研究已經(jīng)進入到 對 DFIG風(fēng)力渦輪發(fā)電機的建模并研究它們對于動力系統(tǒng)動態(tài)性能的影響 2-10.在這些工作中，電力電子 變換器的模型被簡化為受控制理想的電壓源或電流源。 準許在短暫的模擬期間存在大的時間步長，這在大的電力網(wǎng)絡(luò)中是必要的。然而，在 DFIG風(fēng)力渦輪發(fā)電系統(tǒng)中 VFC和它的動力電子學(xué)開關(guān)（ IGBT-開關(guān)）是對輸電網(wǎng)的擾動最為敏感的部分。 轉(zhuǎn)爐作用可能在輸電網(wǎng)的短暫擾動期間決定 WTG 的操作 2。這里存在的一個問題是 VFC 被單一化的模型是否足夠地在短暫的狀態(tài)期間表現(xiàn)它的行為。 在最細節(jié)的水平上，個別 IGBT 開關(guān)的操作可以被完全表現(xiàn)出來 11。這種水平的建模對動力轉(zhuǎn)爐的詳細研究和它的控制策略是非常有用的，而 且已經(jīng)證實了不同的單一化模型的結(jié)果。然而，因為在 VFC 的 IGBT 組成部分以一個很高的頻率（數(shù)千赫茲或更高）打開和關(guān)閉，它需要一個很小的模擬時間階段 （典型地有 10-50 s）來正確地表現(xiàn) PWM 波形。這個詳細的交換級的（ SL）模型使用過度的計算時間，而且以一個高級穿透的 DFIG 風(fēng)力渦輪機來進行大動力系統(tǒng)的動態(tài)和暫態(tài)的研究是不合適的。 這篇文章介紹的兩種不同的模型在 PSCAD/EMTDC 中被發(fā)展于用來表現(xiàn)一個 DFIG 風(fēng)力渦輪機。其中一個是一個詳細的 SL模型，在這個模型中 VFC 完全被一個帶有一個直流電容 的 IGBT 開關(guān)所代替。另外一個是一個簡單的基本頻率 (FF)模型，在這個模型中VFC 被兩個電流控制電壓源代替，但在這個模型中要考慮直流動力學(xué)。 WTG 系統(tǒng)的另外常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯 第 2 頁 共 18 頁 部分包括風(fēng)力渦輪機，軸系統(tǒng)，感應(yīng)發(fā)電機和控制系統(tǒng)被用來建模或設(shè)計為有相 同細節(jié)水平的 SL 或 FF 模型。不同軸系統(tǒng)的表現(xiàn)效果和低頻阻尼扭轉(zhuǎn)振幅的問題也被研究。 II. 風(fēng)力渦輪機和 DFIG 模型 DFIG 用來發(fā)電的風(fēng)力渦輪機的基本配置如圖 1 顯示。風(fēng)力渦輪機由一個低速軸和一個高速軸還有一個位于兩者之間的變速箱組成并通過 一個機械軸系統(tǒng)與感應(yīng)電機連接在一起。繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機在這種配置下可以從定子和轉(zhuǎn)子兩邊供電。當(dāng)轉(zhuǎn)子通過VFC 供電時定子直接與輸電網(wǎng)相連。 為了產(chǎn)生恒定電壓和頻率的電力就要使公用電網(wǎng)運行在較寬范圍，這個范圍是指從次同步到超同步的速度之間的范圍。在轉(zhuǎn)子回路和電力網(wǎng)絡(luò)之間的電力 潮流必須在同一量級且必須方向相同。因此， VFC 由兩個四極 IGBT 脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)換器（一個轉(zhuǎn)子邊的整流器 RSC 和一個網(wǎng)絡(luò)邊的整流器 GSC）通過一個直流鏈電容器背靠背連接在一起。 撬杠電路用來短路 RSC 防止了其在轉(zhuǎn)子回路暫態(tài)短路期間過流 。 DFIG 風(fēng)力渦輪發(fā)電機的操作是通過一個控制系統(tǒng)控制的，它通常包含兩個部分：DFIG 風(fēng)力渦輪機的電氣控制和渦輪機葉片螺距角度的機械控制。 DFIG 的控制是通過控制 VFC 實現(xiàn)的 ,它包括 RSC 的控制和 GSC 的 控制 ,如圖 1。 圖 1. 連接到電網(wǎng)中的 DFIG 風(fēng)力渦輪機的配置圖 A.風(fēng)力渦輪機的空氣動力學(xué)建模 風(fēng)力渦輪機的空氣動力學(xué)模型可以用著名的 公式的特點來描述。 是功率系數(shù)，它是葉尖速度比 和葉片螺距角速度 的根據(jù)。葉尖速度比 是由下面的公式定義的 （ 1） 在這個公式里 R 是葉片長度單位是米， 是風(fēng)力渦輪機的角速度其單位是 rad/s， 是風(fēng)速其單位是 m/s， 分子上的 代表了風(fēng)力渦輪機的葉片尖端的速度單位是 m/s。曲線取決于葉片的設(shè)計并由風(fēng)力渦輪機的制造商給出。在這篇文章中， 曲線的數(shù)學(xué)表達式適用于 3.6MW 的風(fēng)力渦輪機通過曲線擬合的方式獲得，由參考文獻里 12處給出， 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯 第 3 頁 共 18 頁 (2) 在這個公式里系數(shù) 由出處 12的表 4-7給出。 給出功率系數(shù) ，由風(fēng)力渦輪機由風(fēng)力獲得的機械功率可以由 2估算給出： (3) 在這個公式里 是空氣密度單位是 , 是轉(zhuǎn)子葉片掃過的面積單位是。在一個確定的風(fēng)速下，有一個特定的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)速以使電力系統(tǒng)功率因素達到最大， ，從而得到最大的機械功率。如果風(fēng)速低于額定的水平，風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)速會容易發(fā)生變化，這時候轉(zhuǎn)速就會被調(diào)整（通過 DFIG速度控制或有效的功率控制 ）以使 還保持在 的水平。在這個開放的模型中，風(fēng)力渦輪機的節(jié)距控制無效并且 螺旋角 被重新修正過。然而，如果風(fēng)速的增加高于額定值，節(jié)距控制就被用來增加風(fēng)力渦輪機的節(jié)距角從而減少得到的機械功率。 風(fēng)力渦輪機的空氣動力學(xué)模型在 PSCAD/EMTDC中被一個特定的原件所代替。 B.軸系統(tǒng)的建模 WTG 中的軸系統(tǒng)也可以被一個雙質(zhì)量系統(tǒng)或一個集中質(zhì)量系統(tǒng)代替 2,12,13。在雙質(zhì)量系統(tǒng)模型中， 分開的質(zhì)量被用來代表低速渦輪機和高速發(fā)電機，連接的彈性軸是仿照彈簧和阻尼器，如圖 2所示。機電的動態(tài)方程由下列式子給出 (4) (5) (6) 在這組式子中 ； 和 是 渦輪機和發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速， 和 分別是適用于渦輪機和發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩的機械轉(zhuǎn)矩， 是該模型的內(nèi)部轉(zhuǎn)矩； 和 渦輪機和發(fā)電機的慣性常數(shù)； 和 分別是 渦輪輪機和發(fā)電機的阻尼系數(shù)； 是兩個物體之間的彈性聯(lián)接（軸）的阻尼系數(shù)； 是軸的剛性。在圖 2中， 是 變速箱的 齒輪比。質(zhì)量標準多在 PSCAD / EMTDC 庫的組件模型中用來模擬雙質(zhì)量體系。 如 3,5,7,10,中所述， 軸系統(tǒng)僅僅是仿照作為一個單一的集中質(zhì)量系統(tǒng)與集中的慣性常數(shù) ，由下式計算給出。 （ 7） 機電動態(tài)方程，由下式給出： （ 8） 其中 是集中質(zhì)量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速， 是 集中系統(tǒng)的阻尼。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯 第 4 頁 共 18 頁 圖 2. DFIG 風(fēng)力渦輪機軸系統(tǒng)的雙質(zhì)量模型表示 在這項研究中的異步發(fā)電機是一個單籠繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機。在圖 1所示的瞬時變量中定子和轉(zhuǎn)子方程可以寫成矩陣形式如下： （ 9） （ 10) 應(yīng)用同步旋轉(zhuǎn)參照系的轉(zhuǎn)變參照 14里的（ 9）和（ 10），電壓方程成為 （ 11） （ 12） （ 13） （ 14） 其中 是 轉(zhuǎn)速同步參照系數(shù)， 是 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和磁鏈由下式給出： 其中 ； 和 分別是 定子電抗，轉(zhuǎn)子電抗和互感系數(shù)。 為了使轉(zhuǎn)子磁動勢與定子磁動勢同步，轉(zhuǎn)子電流的頻率 必須滿足滑差頻率約束。 單位的電磁轉(zhuǎn)矩方程是由下式得到： 忽略定子和轉(zhuǎn)子電阻與電源相關(guān)的損失，有功和無功定子功率： 有功和無功轉(zhuǎn)子功率： 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯 第 5 頁 共 18 頁 PSCAD / EMTDC 軟件庫提供的繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機，這是本研究中使用的標準模式。 D.變頻轉(zhuǎn)換器的建模 兩種不同的模型是用來表現(xiàn) VFC 的動態(tài)行為的，一個是詳細的 SL 模型和其他的是一個簡化 FF 模型。 1） SL型號： VFC 的是由兩個四象限 IGBT PWM 轉(zhuǎn)換器通過一個直流電容背靠背連接在一起的。這兩款轉(zhuǎn)換器 都充分代表單個的 IGBT 開關(guān)，開關(guān)頻率為 2 kHz，如圖 1所示。IGBT 的開關(guān)，直流母線電容，和 VFC 都是從 PSCAD / EMTDC 庫組件構(gòu)建的標準組件模型。 2） FF 型號： VFC 的僅僅是由兩個電流控制電壓源所代表并考慮直流母線的力度，如圖 3所示。 RSC 注入直流母線的電流 ，而在 GSC 注入到直流母線的電流。忽略開關(guān)和傳導(dǎo)損耗在轉(zhuǎn)換器和直流母線的功率損失，由直流動態(tài)方程如下： 在穩(wěn)定狀態(tài) ， 從而直流母線電壓 是不變的。 然而，當(dāng)干擾發(fā)生時 ，這種關(guān)系將被打破；流經(jīng)直流母線電容的電流 ，這將導(dǎo)致 直流母線電壓 波動。 圖 3. VFC 的 FF 模型 III. 控制系統(tǒng)的設(shè)計 RSC的作用是獨立地管理定子端的有功功率和無功功率 ；GSC的作用是 不論轉(zhuǎn)子功率的大小和方向而保持直流母線電壓恒定。 GSC 控制也可以被用作規(guī)范無功功率。當(dāng) DFIG對 弱電源系統(tǒng)無功補償不足時， RSC 和 GSC 的無功功率控制的作用是必須將電壓保持在所需的范圍內(nèi)。風(fēng)力渦輪機組控制器控制葉片的螺旋角，這就決定了 渦輪機從風(fēng)中獲得的機械功率。 A.RSC 控制器的設(shè)計 RSC 控制方案包括兩個級聯(lián)控制回路。內(nèi)部電流控制回路根據(jù)一些同步旋轉(zhuǎn)的參照系。調(diào)節(jié)獨立的 d軸和 q軸轉(zhuǎn)子電流分量 和 。以 定子磁場為方向的參照系 14是最常用的一種。外部控制回路獨立調(diào)節(jié)定子有功功率（或發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速）和無功功率。 在定子磁場定向的參照系， d 軸定子磁鏈與 矢量對齊，即 且 。 這常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯 第 6 頁 共 18 頁 給出了以下幾個關(guān)系 其中 方程（ 28）和（ 29）表明 和 ，可通 過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流分量的獨立控制，分別為 和。 因此，參考值 和 可確定從外部電源控制回路。 1）內(nèi)部電流控制回路的設(shè)計如圖 4：讓 這兩個公式 代表（ 30）和（ 31），（ 34）和（ 35）可以改寫成矩陣形式 式（ 36）表示， 和 分別是對應(yīng) 和 的 通過無交叉耦合的一階傳遞函數(shù)。因此可以設(shè)計以下的反饋回路 PI 控制器 代入（ 37）和（ 38）（ 30）（ 31）得出 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯 第 7 頁 共 18 頁 速度控制器的設(shè)計。軸系統(tǒng)模型對 WTG 和速度控制器的設(shè)計的動態(tài)行為有顯著的影響。在（ 4） - （ 6）中，從電磁轉(zhuǎn)矩的傳遞函數(shù) 到 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 ，雙質(zhì)量軸系統(tǒng) 2） （ ）由下式給出 這可以被看作是一個集中質(zhì)量系統(tǒng)， 是 左側(cè)和右側(cè)的一個雙向的二次函數(shù)。通常 PI 控制器用來控制集中質(zhì)量系統(tǒng)。改變相位和集中質(zhì)量系統(tǒng)增益將會導(dǎo)致雙向二次函數(shù)不穩(wěn)定 15。在最實用的機器中阻尼系數(shù) 很小，因此 如果目前風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)沒有專門設(shè)計的阻 尼控制， 雙四次方程式的分子和分母將會表現(xiàn)為輕微阻尼扭震模型。 這些扭振模式的頻率由下式給出： 在這個式子中 ，在 最實用的 WTG系統(tǒng)中 的 值通常小于幾個赫茲。為了提高雙質(zhì)量體系的低頻扭轉(zhuǎn)振動阻尼，速度控制器的設(shè)計使閉環(huán)系統(tǒng)具有足夠低的小于 的 帶寬 。 速度控制器作為一個低通濾波器，其作用是減少振蕩頻率的收益。 對于集中質(zhì)量模型，傳遞函數(shù)從 到 ，根據(jù)（ 8）（ ）給出 這和集中質(zhì)量模型在（ 41）中的一部分是相同的。 在這種模式下，有沒有低頻振蕩元件和速度控 制器，因此可以設(shè)計更高的帶寬。然而，集中質(zhì)量模型可能不足以代表的 WTG系統(tǒng)的動態(tài)行為。軸系統(tǒng)模型上的 WTG和速度控制器的動態(tài)行為的影響將在第四節(jié)的模擬研究中進一步研究。 圖 4顯示了整體的 RSC矢量控制計劃。在 SL模型中，兩個電流控制器的輸出補償 和被 PWM模塊用于生成驅(qū)動 IGBT的轉(zhuǎn)換器的 IGBT的柵極控制信號。在 FF模型中 和通過 直接采用定子磁場定向同步旋轉(zhuǎn)的參照系變換的逆變換來確定 RSC交流側(cè)電壓 ，和 (圖 3）。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯 第 8 頁 共 18 頁 圖 4. RSC的總的矢量控制圖 B.GSC控制器的設(shè) 計 GSC控制計劃還包括兩個級聯(lián)控制回路。內(nèi)部電流控制回路在同步旋轉(zhuǎn)的參照系中調(diào)節(jié)獨立的 d軸和 q軸的 GSC交流側(cè)電流分量 和 。外部控制回路調(diào)節(jié) GSC和電網(wǎng)之間直流母線電壓和無功功率的交換。 1）內(nèi)部電流控制回路的設(shè)計見圖 5。在圖 1,3中 GSC的交流側(cè)電路方程可寫為 應(yīng)用與 d軸對齊的電網(wǎng)電壓 的 矢量同步旋轉(zhuǎn)參考幀轉(zhuǎn)換到（ 44）。以下 d-q的 向量表示可以獲得可建模的 GSC交流側(cè)方程： 按照（ 34） - （ 38）中相同的步驟， 和 可以通過以下的反饋回路 PI控制器獲得 在這組公式中 和 的參考值 從外部控制回路獲得。 2）直流母線電壓控制器的設(shè)計：忽略在 GSC中由于開關(guān)和損失而產(chǎn)生的諧波，濾波電感和變壓器見（圖 1和圖 3），電力平衡方程為 令 在這個公式里 是 的直流分量， 是 的脈動分量。把公式（ 50）代入（ 49）中得到： 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯 第 9 頁 共 18 頁 當(dāng) （ 51）可以寫成 因此，傳遞函數(shù) 到 是由下式 得到 從而 式（ 53）就變?yōu)?因此，可以設(shè)計一個反饋環(huán)路和 PI控制器來生成 的 參考值如下 3）無功功率控制： GSC和電網(wǎng)之間交換無功功率由下式給出 因此， 的參考值，可以直接由無功功率確定。 圖 5顯示了 GSC的整體控制計劃。 圖 5. GSC的總 的矢量控制圖 C.俯仰角 控制器的設(shè)計 俯仰角控制器只有在高風(fēng)速時激活。在這種情況下，因為這將導(dǎo)致和 /或轉(zhuǎn)換器超載，所以通過增加發(fā)電量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速可以不再被控制在其限度內(nèi)。因此，控制葉片螺旋角來減少風(fēng)力渦輪機從風(fēng)中得到的機械功率以及防止超速的 WTG機組。 圖 6顯示的俯仰角控制器的結(jié)構(gòu) 11. 是 DFIG總輸出的有功功率。 在本文中，所有的 PI控制器配備了抗飽和設(shè)計就如 11中討論的那樣。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯 第 10 頁 共 18 頁 圖 6. 風(fēng)力渦輪機傾斜角的控制 四 .仿真結(jié)果 為了驗證 和比較推薦的模型，一個圖 7所示無限大母線（ SMIB）電力系統(tǒng)被用于 PSCAD / EMTDC的仿真研究。 WTG代表了一個 3.6兆瓦的 DFIG風(fēng)力渦輪發(fā)電機系統(tǒng)見 5， 11，12。它是通過升壓變壓器和兩條平行線連接到電網(wǎng)。一個三相平衡的電力負荷在發(fā)送端總線建模為恒定的阻抗負載。附錄中給出了 DFIG風(fēng)力渦輪發(fā)電機組和電網(wǎng)的參數(shù)。 在風(fēng)速 時 風(fēng)力渦輪機發(fā)電機組運行在一個特定的工作點，發(fā)電機轉(zhuǎn)子速度 ， 輸出的有功功率 ， 輸出的無功功率 。 RSC 和 GSC的無功功率的命令分別由 和 設(shè)置。速度控制，而不是有 功功率應(yīng)用 到 RSC中。如果沒有指定，那么雙質(zhì)量模型將用來代表 WTG機組的軸系統(tǒng)。 圖 7. DFIG風(fēng)力渦輪機連接到 SMIB電力網(wǎng)絡(luò)中 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯 第 11 頁 共 18 頁 圖 8. DFIG通過同步轉(zhuǎn)速加速 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯 第 12 頁 共 18 頁 圖 9.一個 200ms的三相短路：電力網(wǎng)電壓 Vt， DFIG轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 ，輸出功率 ，轉(zhuǎn)子電流 和 ，直流電壓 A.案例一：通過同步轉(zhuǎn)速的 DFIG的 加速 最初 DFIG工作在與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 從 10秒開始，速度指令 在 5秒內(nèi)逐步從 0.9 PU增加 到 1.2PU。整個測試過程中，風(fēng)速是假定不變。 圖 8是當(dāng)使用的 SL模型和 FF模型時的 DFIG轉(zhuǎn)子速度 和轉(zhuǎn)子相電流 的 比較結(jié)果。這兩種型號提供相同的結(jié)果和轉(zhuǎn)子電流的次同步到超同步模式的平穩(wěn)過渡。 B.案例二： 無窮大容量母線的三相短路測試 一個 200毫秒三相短路是適用于在 t =10秒時的無限大電容母線。圖 9顯示電網(wǎng)電壓的值， DFIG的轉(zhuǎn)子速度 ，輸出有功功率 ，轉(zhuǎn)子電流 和 ，還有 直流母線電壓常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯 第 13 頁 共 18 頁 。 此故障導(dǎo)致的 WTG在電網(wǎng)連接點的電壓 驟降。這種電壓下降將會導(dǎo)致渦輪輪機輸入功率和 DFIG輸出功率之間的不平衡并且 會導(dǎo)致在 DFIG定子繞組上產(chǎn)生一個高電流。由于定子和轉(zhuǎn)子之間的磁耦合，這種現(xiàn)象目前還存在轉(zhuǎn)子電路和轉(zhuǎn)換器之間。由于在這個短暫的狀態(tài)的定子磁振蕩，振蕩頻率將在同步頻率附近 2，可以從 和 的波形看出。這些結(jié)果表明，即使存在嚴重的干擾簡化 FF模型也能提供相同的模式并具有像 SL模型一樣的確性，。 C.案例三： 風(fēng)速階躍變化 假定 T =10秒時風(fēng)速從 11米 /秒改變至 14米 /秒。在這種情況下俯仰角控制器被激活來增加螺旋角來擺脫風(fēng)力渦輪機的某些部分。 SL和 FF模型的渦輪機的俯仰角 ,DFIG的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 ，輸出的有功功率 ，轉(zhuǎn)子電流 和 和直流電壓 在圖 10中進行了比較。俯仰角從 變化到 來防止 WTG在強風(fēng)情況下超載。這樣做的結(jié)果是 DFIG的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，輸出有功功率 在 系統(tǒng)返回到穩(wěn)態(tài)后 將會 控制在額定值 1.2 PU和 3.6兆瓦。同一級別的精度是通過使用兩種不同的模式實現(xiàn)的。 D.案例四：使雙質(zhì)量軸模型時對 速度控制器 PI增益的影響 在第四節(jié) A,B,C成果的基礎(chǔ)上， FF模型是足夠精確為 DFIG和 VFC建模，因此它常用于進一步模擬研究。在其余的模擬研究中，渦輪機的俯仰角和 DFIG速度的參考值分別設(shè)為和 1.2 PU。電網(wǎng)干擾可能激 發(fā)軸的扭轉(zhuǎn)振蕩，這種情況主要發(fā)生在配備變速箱的軸系統(tǒng)中?？梢詮陌l(fā)電機轉(zhuǎn)子速度的波動以及發(fā)電機的電氣參數(shù)中看出這些扭轉(zhuǎn)振蕩，如電功率和轉(zhuǎn)子電流。當(dāng)扭轉(zhuǎn)振蕩阻尼不夠時，可能是 WTG已被斷開。就如在第三節(jié) A部分討論的那樣，為了抑制低頻扭轉(zhuǎn)震動， DFIG速度的增益和帶寬的控制器必須被合理地設(shè)計。 假設(shè)在 t = 10 s時風(fēng)速從 10米 /秒瞬間改變?yōu)?13.5 m/s。圖 11顯示了當(dāng)使用不同積分增益時 DFIG 輸 出 的 有 功 功 率 的 變 化 ， 其 中并且 。 更大的積分增益將在閉環(huán)系統(tǒng)中產(chǎn)生更高的帶寬。這些結(jié)果表明，最小增益 必須被使用 。 它提供了一個足夠低帶寬的閉環(huán)系統(tǒng)，以便扭轉(zhuǎn)振動被充分地抑制。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯 第 14 頁 共 18 頁 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯 第 15 頁 共 18 頁 圖 10. 強風(fēng)下的測試：葉片傾斜角 DFIG轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 輸出有功功率 轉(zhuǎn)子電流 和 直流電壓 現(xiàn)在的積分增益是固定在 在圖 11中相同的步驟是在風(fēng)速 t =10秒時變化的。圖 12顯示了當(dāng)對速度控制器使用不同的比例增益時的 的結(jié)果，其中。 最好的阻尼是通過使用增益 獲得的。 圖 13顯示了使用不同對的 PI增益的結(jié)果，圖 11和 12也做了相同的測試，其中， 并且， 而且 的比值是不變的。 WTG系統(tǒng)的動態(tài)性能隨著 PI增益的增加而降低。最小對的 PI增益 和 提供最好的阻尼性能，這和前面的圖 11和 12的測試中的選擇是一樣的。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯 第 16 頁 共 18 頁 圖 11.當(dāng)使用雙質(zhì)量軸系統(tǒng) (DFIG的輸出功率為 )時的速度控制器積分收益影響 圖 12.當(dāng)使用雙質(zhì)量軸系統(tǒng) (DFIG的輸出功率為 )時速度控制器的比例收益影響 圖 13.當(dāng)使用雙質(zhì)量軸系統(tǒng) (DFIG的輸出有功功率為 )時的速度控制器的 PI收益影響 E.案例五：當(dāng) 使用集中質(zhì)量軸模型時對速度控制器 PI增益的影響 相同 PI增益和測試如圖 13所示用于雙質(zhì)量軸系統(tǒng)，現(xiàn)在被用于集中質(zhì)量軸系統(tǒng)，其結(jié)果 如圖 14中所示。這些結(jié)果表明 軸集中質(zhì)量模型提供了一個不同于雙質(zhì)量軸模型的動態(tài)行為的 WTG模型。當(dāng)使用任意對 PI增益時 有沒有低頻振蕩，因此，速度控制器可以通過使用最大的 PI增益 和 被設(shè)計為有一個更高的帶寬。然而，就如同圖 14所示，當(dāng)使用雙質(zhì)量軸模型時， 這對 PI增益將會在