風(fēng)電機(jī)組控制與優(yōu)化運(yùn)行第2章 風(fēng)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

1、長(zhǎng)沙理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院第第2 2章章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型第第2章章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)概述風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)概述風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型傳動(dòng)裝置數(shù)學(xué)模型傳動(dòng)裝置數(shù)學(xué)模型發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型變流器數(shù)學(xué)模型變流器數(shù)學(xué)模型槳距伺服系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型槳距伺服系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型風(fēng)速模型風(fēng)速模型2.1 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)概述風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)概述 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通常由風(fēng)力機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)裝置、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通常由風(fēng)力機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)裝置、發(fā)電機(jī)、變流器、并網(wǎng)開關(guān)、補(bǔ)償電容器等設(shè)備所組成。發(fā)電機(jī)、變流器、并網(wǎng)開關(guān)、補(bǔ)償電容器等

2、設(shè)備所組成。 傳動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)裝置發(fā)電機(jī)換流器開關(guān)電網(wǎng)風(fēng)補(bǔ)償電容控制系統(tǒng)測(cè)風(fēng)系統(tǒng)變槳距系統(tǒng)偏航系統(tǒng)2.1 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)概述風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)概述 為獲取整個(gè)系統(tǒng)的面向控制的數(shù)學(xué)模型，將為獲取整個(gè)系統(tǒng)的面向控制的數(shù)學(xué)模型，將整個(gè)系統(tǒng)分為以下幾個(gè)子系統(tǒng)：整個(gè)系統(tǒng)分為以下幾個(gè)子系統(tǒng)：風(fēng)力機(jī)子系統(tǒng)風(fēng)力機(jī)子系統(tǒng)傳動(dòng)裝置子系統(tǒng)傳動(dòng)裝置子系統(tǒng)發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)電力電子變流器子系統(tǒng)電力電子變流器子系統(tǒng)槳距伺服子系統(tǒng)槳距伺服子系統(tǒng)2.1 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)概述風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)概述（一）（一） 風(fēng)力機(jī)子系統(tǒng)風(fēng)力機(jī)子系統(tǒng) 風(fēng)力機(jī)的作用是將有效的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為有用的機(jī)風(fēng)力機(jī)的作用是將有效的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為有用的機(jī)械能。風(fēng)以一定的速度和攻角作

3、用在槳葉上，使槳械能。風(fēng)以一定的速度和攻角作用在槳葉上，使槳葉產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)換成葉產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。機(jī)械能。 與該子系統(tǒng)相關(guān)的物理量主要有：與該子系統(tǒng)相關(guān)的物理量主要有：風(fēng)速、葉片風(fēng)速、葉片槳距角、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、風(fēng)力機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩槳距角、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、風(fēng)力機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩等。等。2.1 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)概述風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)概述（二）（二） 傳動(dòng)裝置子系統(tǒng)（即齒輪箱）傳動(dòng)裝置子系統(tǒng)（即齒輪箱） 由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組起動(dòng)由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組起動(dòng)/ /停車頻繁，葉輪又具有停車頻繁，葉輪又具有很大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，葉輪的轉(zhuǎn)速一般都不高，大約在很大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，葉輪的轉(zhuǎn)速一般都不高，大

4、約在2020 40 r/min40 r/min左右，機(jī)組容量越大，轉(zhuǎn)速越低，因左右，機(jī)組容量越大，轉(zhuǎn)速越低，因此在風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)之間往往需要設(shè)置增速齒輪箱。此在風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)之間往往需要設(shè)置增速齒輪箱。 與該子系統(tǒng)相關(guān)的物理量主要有：與該子系統(tǒng)相關(guān)的物理量主要有：風(fēng)力機(jī)的拖風(fēng)力機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩、發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速子轉(zhuǎn)速等等。 傳動(dòng)裝置的作用是將風(fēng)力機(jī)所獲得的轉(zhuǎn)矩傳遞傳動(dòng)裝置的作用是將風(fēng)力機(jī)所獲得的轉(zhuǎn)矩傳遞到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸。到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸。 2.1 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)概述風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)概述（三）（三） 發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)發(fā)電機(jī)子系統(tǒng) 發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的任務(wù)是將

5、發(fā)電機(jī)軸上的機(jī)械能發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的任務(wù)是將發(fā)電機(jī)軸上的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。轉(zhuǎn)換成電能。 與該子系統(tǒng)相關(guān)的物理量主要有：與該子系統(tǒng)相關(guān)的物理量主要有：發(fā)電機(jī)的電發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、定磁轉(zhuǎn)矩、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、定/ /轉(zhuǎn)子電壓、電流、頻轉(zhuǎn)子電壓、電流、頻率、發(fā)電機(jī)功率率、發(fā)電機(jī)功率( (有功、無功有功、無功) )、功率因數(shù)、功率因數(shù)等等。 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)有恒速恒頻發(fā)電機(jī)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)有恒速恒頻發(fā)電機(jī)和變速恒頻發(fā)電機(jī)兩大類。變速恒頻發(fā)電機(jī)兩大類。 2.1 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)概述風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)概述（四）（四） 電力電子變流器子系統(tǒng)電力電子變流器子系統(tǒng) 變流器子系統(tǒng)的作用是將發(fā)電機(jī)輸出

6、的頻率隨變流器子系統(tǒng)的作用是將發(fā)電機(jī)輸出的頻率隨風(fēng)速或轉(zhuǎn)速波動(dòng)交流電變換成標(biāo)準(zhǔn)的工頻交流電。風(fēng)速或轉(zhuǎn)速波動(dòng)交流電變換成標(biāo)準(zhǔn)的工頻交流電。 與該子系統(tǒng)相關(guān)的物理量主要有：與該子系統(tǒng)相關(guān)的物理量主要有：發(fā)電機(jī)定發(fā)電機(jī)定/ /轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子電壓、電流、頻率、發(fā)電機(jī)功率子電壓、電流、頻率、發(fā)電機(jī)功率( (有功、無功有功、無功) )、變流器輸出電壓、電流、頻率、功率因數(shù)變流器輸出電壓、電流、頻率、功率因數(shù)等等。 恒速恒頻發(fā)電機(jī)不需變流器，但變速恒頻發(fā)電恒速恒頻發(fā)電機(jī)不需變流器，但變速恒頻發(fā)電機(jī)則需要通過變流器來實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的耦機(jī)則需要通過變流器來實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的耦合。合。 2.1 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)概述

7、風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)概述（五）（五） 槳距伺服子系統(tǒng)槳距伺服子系統(tǒng) 由液壓裝置或機(jī)電裝置組成的槳距伺服子系統(tǒng)由液壓裝置或機(jī)電裝置組成的槳距伺服子系統(tǒng)的任務(wù)是沿葉片縱軸旋轉(zhuǎn)葉片，從而改變槳距角。的任務(wù)是沿葉片縱軸旋轉(zhuǎn)葉片，從而改變槳距角。 與該子系統(tǒng)相關(guān)的物理量主要有：與該子系統(tǒng)相關(guān)的物理量主要有：風(fēng)速、葉片風(fēng)速、葉片槳距角、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩槳距角、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等等。 從空氣動(dòng)力學(xué)角度考慮，當(dāng)風(fēng)速過高時(shí)，通過從空氣動(dòng)力學(xué)角度考慮，當(dāng)風(fēng)速過高時(shí)，通過調(diào)整葉片槳距角，改變氣流對(duì)葉片的攻角，從而改調(diào)整葉片槳距角，改變氣流對(duì)葉片的攻角，從而改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獲得的空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，可使機(jī)組輸變風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獲得的空氣動(dòng)

8、力轉(zhuǎn)矩，可使機(jī)組輸出功率保持穩(wěn)定。出功率保持穩(wěn)定。 2.2 風(fēng)力機(jī)子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型風(fēng)力機(jī)子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.2.1 風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué) 風(fēng)力機(jī)是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為其它形式能量的旋風(fēng)力機(jī)是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為其它形式能量的旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)機(jī)械。空氣流過風(fēng)輪的情況如?？諝饬鬟^風(fēng)輪的情況如下： 2.2.1 風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué) 在在t時(shí)間內(nèi)，以速度時(shí)間內(nèi)，以速度v垂直流過截面垂直流過截面A的空氣流所的空氣流所具有的動(dòng)能為具有的動(dòng)能為： tAvvAvtmvWA32221)(2121對(duì)應(yīng)的風(fēng)功率為對(duì)應(yīng)的風(fēng)功率為： 321AvtWPA 風(fēng)輪前方來流通過風(fēng)輪時(shí)，受風(fēng)輪阻擋被向外風(fēng)輪前方來流通過

9、風(fēng)輪時(shí)，受風(fēng)輪阻擋被向外擠壓，繞過風(fēng)輪的空氣能量未被利用。只有通過風(fēng)擠壓，繞過風(fēng)輪的空氣能量未被利用。只有通過風(fēng)輪截面的氣流釋放了所攜帶的部分動(dòng)能。風(fēng)輪上游輪截面的氣流釋放了所攜帶的部分動(dòng)能。風(fēng)輪上游流束的橫截面積比風(fēng)輪面積小，而下游的橫截面則流束的橫截面積比風(fēng)輪面積小，而下游的橫截面則比風(fēng)輪面積大。比風(fēng)輪面積大。2.2.1 風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)流束膨脹是因?yàn)橐ＷC每處的質(zhì)量流量相等：流束膨脹是因?yàn)橐ＷC每處的質(zhì)量流量相等： 風(fēng)速變化曲線風(fēng)速變化曲線靜壓力變化曲線靜壓力變化曲線v vv vd dv vw wp pp pp p+ +d dp p- -d d流束流束致致動(dòng)動(dòng)盤盤wwdd

10、vAvAvA2.2.1 風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)定義定義a a為軸向氣流誘導(dǎo)因子：為軸向氣流誘導(dǎo)因子： vvvad可得致動(dòng)盤處氣流速度為：可得致動(dòng)盤處氣流速度為： )1 (avvd根據(jù)動(dòng)量定理，氣流所受的作用力根據(jù)動(dòng)量定理，氣流所受的作用力F F等于動(dòng)量變化率，等于動(dòng)量變化率，而動(dòng)量變化率等于速度的變化量乘以質(zhì)量流量，即：而動(dòng)量變化率等于速度的變化量乘以質(zhì)量流量，即： ddwvAvvF)(引起動(dòng)量變化的力來自于致動(dòng)盤前后靜壓力的改變，引起動(dòng)量變化的力來自于致動(dòng)盤前后靜壓力的改變，故有：故有： )1 ()()(avAvvAppFdwddd2.2.1 風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)流束

11、的上風(fēng)向和下風(fēng)向分別使用伯努利方程，可對(duì)流束的上風(fēng)向和下風(fēng)向分別使用伯努利方程，可求得壓力差。求得壓力差。 對(duì)上風(fēng)向：對(duì)上風(fēng)向： dddddghpvghpv222121對(duì)下風(fēng)向：對(duì)下風(fēng)向： dddddwwwwwghpvghpv222121由于由于=d d=，p p=p=pw w且在水平方向上且在水平方向上h h=h=hd d故有：故有： )(2122wddvvpp因此有：因此有： )1 ()()(2122avAvvAvvFdwdw)21 (avvw2.2.1 風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)氣流輸出功率即風(fēng)力機(jī)從空氣流束中捕獲的風(fēng)功率氣流輸出功率即風(fēng)力機(jī)從空氣流束中捕獲的風(fēng)功率為：為：23)1

12、 (2aavAFvPdd定義風(fēng)能利用系數(shù)定義風(fēng)能利用系數(shù)C CP P： 321vAPPPCdAdP風(fēng)能利用系數(shù)的物理意義：風(fēng)力機(jī)所捕獲的風(fēng)能與風(fēng)能利用系數(shù)的物理意義：風(fēng)力機(jī)所捕獲的風(fēng)能與流過風(fēng)力機(jī)的空氣流所含有的動(dòng)能之比。流過風(fēng)力機(jī)的空氣流所含有的動(dòng)能之比。 定義推力系數(shù)定義推力系數(shù)C Ct t為：為： )1(4212aavAFCdt2.2.1 風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能利用系數(shù)和推力系數(shù)隨軸向氣流誘導(dǎo)因子變化風(fēng)能利用系數(shù)和推力系數(shù)隨軸向氣流誘導(dǎo)因子變化的關(guān)系曲線如下：的關(guān)系曲線如下：00.81act(a),

13、cp(a)2.2.2 風(fēng)力機(jī)槳葉受力分析風(fēng)力機(jī)槳葉受力分析一、風(fēng)輪在靜止情況下葉片的受力分析一、風(fēng)輪在靜止情況下葉片的受力分析風(fēng)速風(fēng)速v風(fēng)速風(fēng)速vIIIFxFyFFxFyF一、風(fēng)輪在靜止情況下葉片的受力分析一、風(fēng)輪在靜止情況下葉片的受力分析風(fēng)速風(fēng)速v vF FFyFx風(fēng)風(fēng)輪輪旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)面面當(dāng)氣流以速度當(dāng)氣流以速度v流經(jīng)風(fēng)輪時(shí)，在槳流經(jīng)風(fēng)輪時(shí)，在槳葉葉I I和槳葉和槳葉II II上將產(chǎn)生氣動(dòng)力上將產(chǎn)生氣動(dòng)力F和和F。將將F及及F分解成沿氣流方向的分力分解成沿氣流方向的分力Fx和和Fx（阻力）及垂直于氣流方（阻力）及垂直于氣流方向的分力向的分力Fy和和Fy（升力），阻力（升力），阻力形成對(duì)風(fēng)輪的正壓

14、力，而升力則形成對(duì)風(fēng)輪的正壓力，而升力則對(duì)風(fēng)輪中心軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，從對(duì)風(fēng)輪中心軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，從而使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來。而使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來。 稱為風(fēng)輪葉片的攻角，稱為風(fēng)輪葉片的攻角，稱為槳距角稱為槳距角（即每個(gè)葉片的翼弦與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面之（即每個(gè)葉片的翼弦與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面之間的夾角）。氣動(dòng)力間的夾角）。氣動(dòng)力F的兩個(gè)分力（即阻的兩個(gè)分力（即阻力和升力）的大小隨攻角的不同而不同，力和升力）的大小隨攻角的不同而不同，使升力分量達(dá)到最大值的攻角稱為最佳使升力分量達(dá)到最大值的攻角稱為最佳攻角。攻角。 二、風(fēng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)情況下葉片的受力分析二、風(fēng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)情況下葉片的受力分析設(shè)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的角速度為設(shè)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的角速度為r r

15、，則相對(duì)于葉片上距離轉(zhuǎn)軸中心為，則相對(duì)于葉片上距離轉(zhuǎn)軸中心為r r處（處（0rR0rR）的一小段葉片元（稱為葉素）的氣流合成速度）的一小段葉片元（稱為葉素）的氣流合成速度V Vr r將是流過風(fēng)輪圓盤時(shí)的風(fēng)速將是流過風(fēng)輪圓盤時(shí)的風(fēng)速v vd d與該葉素的旋轉(zhuǎn)線速度的矢量與該葉素的旋轉(zhuǎn)線速度的矢量和，即：和，即： rdrvvV v vrV Vrv vd d 傾斜角傾斜角=+=+9090F FF Fx xF Fy yF Fy1y1F Fx1x1二、風(fēng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)情況下葉片的受力分析二、風(fēng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)情況下葉片的受力分析氣動(dòng)力氣動(dòng)力F可以分解為可以分解為平行于平行于Vr的阻力的阻力Fx及垂直于及垂直于Vr的升

16、力的升力Fy。 v vrV Vrv vd d 傾斜角傾斜角=+=+9090F FF Fx xF Fy yF Fy1y1F Fx1x1drCcVdFlry)(212drCcVdFdrx)(212式中：式中：空氣的密度，單位為空氣的密度，單位為kg/m3； c葉片的幾何弦長(zhǎng)，單位為葉片的幾何弦長(zhǎng)，單位為m； Vr氣流合成速度，單位為氣流合成速度，單位為m/s； Cl l翼形升力系數(shù)；翼形升力系數(shù)； Cd翼型阻力系數(shù)；翼型阻力系數(shù)； dr葉片微元的長(zhǎng)度。葉片微元的長(zhǎng)度。 二、風(fēng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)情況下葉片的受力分析二、風(fēng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)情況下葉片的受力分析攻角攻角/()-155 254565 0-

17、0.3Cd ClClmaxClCd crcr升力系數(shù)和阻力系數(shù)既與葉片形狀有關(guān)，也與葉片攻角有關(guān)。升力系數(shù)和阻力系數(shù)既與葉片形狀有關(guān)，也與葉片攻角有關(guān)。二、風(fēng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)情況下葉片的受力分析二、風(fēng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)情況下葉片的受力分析氣動(dòng)力氣動(dòng)力F還可以分解還可以分解為在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面內(nèi)使為在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面內(nèi)使槳葉旋轉(zhuǎn)的力槳葉旋轉(zhuǎn)的力Fy1及及對(duì)風(fēng)輪正面的壓力對(duì)風(fēng)輪正面的壓力Fx1。 v vrV Vrv vd d 傾斜角傾斜角=+=+900時(shí)，時(shí)，F(xiàn)SIG作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；當(dāng)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；當(dāng)sg0時(shí)，時(shí)，F(xiàn)SIG作發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。作發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。 在這兩種情況下，轉(zhuǎn)差率也代表了消耗在轉(zhuǎn)子在這兩種情況

18、下，轉(zhuǎn)差率也代表了消耗在轉(zhuǎn)子電阻上的機(jī)械能（即轉(zhuǎn)子銅損），大的轉(zhuǎn)差率就意電阻上的機(jī)械能（即轉(zhuǎn)子銅損），大的轉(zhuǎn)差率就意味著低效率。味著低效率。 因此，異步電機(jī)通常都在非常低的轉(zhuǎn)差率下工因此，異步電機(jī)通常都在非常低的轉(zhuǎn)差率下工作（一般作（一般|sg|5%）。）。2.4.1 恒速異步發(fā)電機(jī)恒速異步發(fā)電機(jī)FSIG的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型二、二、FSIGFSIG的轉(zhuǎn)矩關(guān)系的轉(zhuǎn)矩關(guān)系 穩(wěn)態(tài)時(shí)穩(wěn)態(tài)時(shí)FSIGFSIG在其正常工作區(qū)間內(nèi)，其轉(zhuǎn)矩特性在其正常工作區(qū)間內(nèi)，其轉(zhuǎn)矩特性近似為一個(gè)線性環(huán)節(jié)。近似為一個(gè)線性環(huán)節(jié)。 在曲線線性部分作轉(zhuǎn)矩在曲線線性部分作轉(zhuǎn)矩速度曲線的切線，并速度曲線的切線，并設(shè)切線斜率為設(shè)切線斜率

19、為De，可得：，可得：11)(eggeemDsDT 如考慮暫態(tài)過渡過程，如考慮暫態(tài)過渡過程，F(xiàn)SIGFSIG的電磁轉(zhuǎn)矩不僅與的電磁轉(zhuǎn)矩不僅與轉(zhuǎn)子角速度有關(guān)，還與角速度的變化率（即角加速轉(zhuǎn)子角速度有關(guān)，還與角速度的變化率（即角加速度）有關(guān)，其特性由斜率度）有關(guān)，其特性由斜率De和瞬時(shí)短路時(shí)間常數(shù)和瞬時(shí)短路時(shí)間常數(shù) 確確定。定。2.4.1 恒速異步發(fā)電機(jī)恒速異步發(fā)電機(jī)FSIG的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型二、二、FSIGFSIG的轉(zhuǎn)矩關(guān)系的轉(zhuǎn)矩關(guān)系 考慮暫態(tài)過渡過程時(shí)考慮暫態(tài)過渡過程時(shí)FSIGFSIG的數(shù)學(xué)模型可以簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型可以簡(jiǎn)化為一階線性微分方程形式：為一階線性微分方程形式：/ )(1emgeemT

20、DT或?qū)懗桑夯驅(qū)懗桑篻eememsDTdtdT1s sg gT Temem11SDe由此得到由此得到FSIGFSIG的數(shù)學(xué)模型：的數(shù)學(xué)模型：2.4.1 恒速異步發(fā)電機(jī)恒速異步發(fā)電機(jī)FSIG的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型二、二、FSIGFSIG的轉(zhuǎn)矩關(guān)系的轉(zhuǎn)矩關(guān)系【討論討論】影響影響FSIGFSIG轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩速度特性的因素速度特性的因素：轉(zhuǎn)子電阻轉(zhuǎn)子電阻r rr r01g轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩T Temem發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)運(yùn)行區(qū)運(yùn)行區(qū)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行區(qū)運(yùn)行區(qū)T Tem.maxem.maxT Tem.minem.minr rr r3r3rr r5r5rr r7r7rr r2.4.1 恒速異步發(fā)電機(jī)恒速異步發(fā)電機(jī)FSIG的數(shù)學(xué)模

21、型的數(shù)學(xué)模型二、二、FSIGFSIG的轉(zhuǎn)矩關(guān)系的轉(zhuǎn)矩關(guān)系【討論討論】影響影響FSIGFSIG轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩速度特性的因素速度特性的因素: :發(fā)電機(jī)端電壓發(fā)電機(jī)端電壓U Us s1g轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩T TememT Tem.maxem.maxA AB BC C擾動(dòng)前擾動(dòng)前電壓暫降電壓暫降30%30%1 12 2設(shè)擾動(dòng)前的特性為曲線設(shè)擾動(dòng)前的特性為曲線1，工作點(diǎn)，工作點(diǎn)為為A點(diǎn)點(diǎn)(穩(wěn)定區(qū)穩(wěn)定區(qū))。當(dāng)電網(wǎng)電壓降低。當(dāng)電網(wǎng)電壓降低30%時(shí)，時(shí)，F(xiàn)SIG的特性變?yōu)榍€的特性變?yōu)榍€2，工作點(diǎn)由工作點(diǎn)由A點(diǎn)變?yōu)辄c(diǎn)變?yōu)锽點(diǎn)，由于電磁點(diǎn)，由于電磁轉(zhuǎn)矩降低，風(fēng)力機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩大轉(zhuǎn)矩降低，風(fēng)力機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)

22、子加速，于電磁轉(zhuǎn)矩，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加速，發(fā)電機(jī)工作點(diǎn)沿曲線發(fā)電機(jī)工作點(diǎn)沿曲線2向右移動(dòng)向右移動(dòng),可能運(yùn)行至可能運(yùn)行至C點(diǎn)，進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)。點(diǎn)，進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)。2.4 發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.4.2 永磁式同步發(fā)電機(jī)永磁式同步發(fā)電機(jī)PMSG的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型 同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速保持同步，故得名同步發(fā)電機(jī)。定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速保持同步，故得名同步發(fā)電機(jī)。 與異步發(fā)電機(jī)不同，同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組安與異步發(fā)電機(jī)不同，同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組安裝在轉(zhuǎn)子上，勵(lì)磁電源是頻率為裝在轉(zhuǎn)子上，勵(lì)磁電源是頻率為0的直流電源

23、的直流電源(或采或采用能提供恒定磁場(chǎng)的永磁材料代替勵(lì)磁繞組用能提供恒定磁場(chǎng)的永磁材料代替勵(lì)磁繞組)，因此，因此需要轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速跟蹤定子頻率。需要轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速跟蹤定子頻率。 或者換句話說，定子繞組中交流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的或者換句話說，定子繞組中交流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率是由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速來決定的。頻率是由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速來決定的。2.4.2 永磁式同步發(fā)電機(jī)永磁式同步發(fā)電機(jī)PMSG的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型 設(shè)發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速為設(shè)發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速為n1（轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)/分，分，rpm）、發(fā)）、發(fā)電機(jī)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)角速度為電機(jī)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)角速度為1（rad/s）、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子）、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極對(duì)數(shù)為磁極對(duì)數(shù)為pg，則定子繞組中的交流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，則定子繞

24、組中的交流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(電電流流)的頻率的頻率f1為：為：260111ggpnpf 在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，由于風(fēng)速的不穩(wěn)定性使得在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，由于風(fēng)速的不穩(wěn)定性使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)很大，致使定子感應(yīng)交流電頻率也發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)很大，致使定子感應(yīng)交流電頻率也隨轉(zhuǎn)速而波動(dòng)。隨轉(zhuǎn)速而波動(dòng)。 為了解決風(fēng)速變化帶來的輸出電壓頻率波動(dòng)的為了解決風(fēng)速變化帶來的輸出電壓頻率波動(dòng)的問題，需要在同步發(fā)電機(jī)定子繞組與電網(wǎng)之間配置問題，需要在同步發(fā)電機(jī)定子繞組與電網(wǎng)之間配置全容量背靠背變流器。全容量背靠背變流器。2.4.2 永磁式同步發(fā)電機(jī)永磁式同步發(fā)電機(jī)PMSG的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中用的同步發(fā)電機(jī)以直驅(qū)式風(fēng)

25、力發(fā)電系統(tǒng)中用的同步發(fā)電機(jī)以直驅(qū)式PMSG為主。和雙饋型機(jī)組相比，具有以下特點(diǎn)：為主。和雙饋型機(jī)組相比，具有以下特點(diǎn)： PMSGPMSG常采用多對(duì)磁極，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機(jī)常采用多對(duì)磁極，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直接相連，無需齒輪箱，降低了機(jī)組噪聲；轉(zhuǎn)子直接相連，無需齒輪箱，降低了機(jī)組噪聲； PMSGPMSG運(yùn)行效率高，無需滑環(huán)和電刷，顯著提運(yùn)行效率高，無需滑環(huán)和電刷，顯著提高了機(jī)組可靠性，運(yùn)行時(shí)不需要從電網(wǎng)吸收無功功高了機(jī)組可靠性，運(yùn)行時(shí)不需要從電網(wǎng)吸收無功功率來建立磁場(chǎng)，可以改善電網(wǎng)的功率因數(shù)；率來建立磁場(chǎng)，可以改善電網(wǎng)的功率因數(shù)； PMSGPMSG定子繞組通過變流器接入電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)定子繞組通

26、過變流器接入電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)的適應(yīng)性好，網(wǎng)側(cè)功率控制更加靈活；波動(dòng)的適應(yīng)性好，網(wǎng)側(cè)功率控制更加靈活； 全容量變流器造價(jià)昂貴；全容量變流器造價(jià)昂貴； 定子繞組絕緣等級(jí)要求較高；定子繞組絕緣等級(jí)要求較高； 磁極對(duì)數(shù)很多，致使發(fā)電機(jī)體積很大。磁極對(duì)數(shù)很多，致使發(fā)電機(jī)體積很大。2.4.2 永磁式同步發(fā)電機(jī)永磁式同步發(fā)電機(jī)PMSG的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型 PMSG的數(shù)學(xué)建模就是通過發(fā)電機(jī)的一些模型的數(shù)學(xué)建模就是通過發(fā)電機(jī)的一些模型參數(shù)（包括：定子繞組每相電阻、定子繞組的自感、參數(shù)（包括：定子繞組每相電阻、定子繞組的自感、互感和漏感、永磁體磁鏈等），建立相關(guān)物理量如：互感和漏感、永磁體磁鏈等），建立相關(guān)物理量

27、如：電壓、電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等之間的聯(lián)系。電壓、電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等之間的聯(lián)系。 建立建立PMSG數(shù)學(xué)模型最常用的方法就是將三相數(shù)學(xué)模型最常用的方法就是將三相靜止坐標(biāo)系靜止坐標(biāo)系A(chǔ)-B-C軸下的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換到兩相旋轉(zhuǎn)軸下的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系坐標(biāo)系d-q軸下的數(shù)學(xué)模型，從而得到良好的控制性軸下的數(shù)學(xué)模型，從而得到良好的控制性能。它不僅可用于分析永磁同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行能。它不僅可用于分析永磁同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能，也可用于暫態(tài)性能分析。性能，也可用于暫態(tài)性能分析。2.4.2 永磁式同步發(fā)電機(jī)永磁式同步發(fā)電機(jī)PMSG的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型 為了分析簡(jiǎn)單化，這里作如下假設(shè)：為了分析簡(jiǎn)單化，這里

28、作如下假設(shè)： 忽略空間諧波，設(shè)定子三相繞組對(duì)稱，所產(chǎn)忽略空間諧波，設(shè)定子三相繞組對(duì)稱，所產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)沿氣隙圓周按正弦規(guī)律分布，生感應(yīng)電勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)沿氣隙圓周按正弦規(guī)律分布，且不計(jì)磁場(chǎng)的各次諧波；且不計(jì)磁場(chǎng)的各次諧波； 忽略磁路飽和，不考慮渦流和磁滯效應(yīng)及趨忽略磁路飽和，不考慮渦流和磁滯效應(yīng)及趨膚效應(yīng)的影響；膚效應(yīng)的影響； 轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組；轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組； 永磁體磁動(dòng)勢(shì)恒定，即等效的勵(lì)磁電流恒定永磁體磁動(dòng)勢(shì)恒定，即等效的勵(lì)磁電流恒定不變，永磁材料的電導(dǎo)率為零；不變，永磁材料的電導(dǎo)率為零； 不考慮溫度、頻率等參數(shù)變化時(shí)對(duì)電機(jī)參數(shù)不考慮溫度、頻率等參數(shù)變化時(shí)對(duì)電機(jī)參數(shù)的影響。的影響。2

29、.4.2 永磁式同步發(fā)電機(jī)永磁式同步發(fā)電機(jī)PMSG的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型一、一、PMSGPMSG在靜止坐標(biāo)系中在靜止坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型 NSg gAXBYZCd軸軸q軸軸A相軸線相軸線r rB相軸線相軸線C相軸線相軸線r r三相三相PMSGPMSG的的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意示意圖圖一、一、PMSGPMSG在靜止坐標(biāo)系中在靜止坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型NSg gAXBYZCd軸軸q軸軸A相軸線相軸線r rB相軸線相軸線C相軸線相軸線r r 用三相等效集中繞組用三相等效集中繞組AX、BY、CZ來代替實(shí)際的定子三相分布繞來代替實(shí)際的定子三相分布繞組，這組，這3個(gè)等效繞組在空間上互差個(gè)等效繞組在空間上

30、互差120電角度。電角度。 轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速g旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的正弦磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的正弦磁場(chǎng)在空間以轉(zhuǎn)速在空間以轉(zhuǎn)速e=pgg旋轉(zhuǎn)。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定子繞組，旋轉(zhuǎn)。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定子繞組，從而在三相等效定子繞組中感應(yīng)出從而在三相等效定子繞組中感應(yīng)出3個(gè)交流電壓，這個(gè)交流電壓，這3個(gè)電壓個(gè)電壓在相位上互差在相位上互差120(時(shí)間上時(shí)間上)。若這。若這3個(gè)繞組接到個(gè)繞組接到3個(gè)相同的負(fù)個(gè)相同的負(fù)載上，所產(chǎn)生的三相定子電流在相位上也互差載上，所產(chǎn)生的三相定子電流在相位上也互差120。 這些電流將依次各自產(chǎn)生一個(gè)定子磁場(chǎng)分量，而氣隙中這些電流將依次各自產(chǎn)生一個(gè)定子磁場(chǎng)分

31、量，而氣隙中的合成磁場(chǎng)是由定子電流所產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)的合成磁場(chǎng)是由定子電流所產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)(通常稱為電樞磁通常稱為電樞磁場(chǎng)場(chǎng))與轉(zhuǎn)子永磁體所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)疊加而成。與轉(zhuǎn)子永磁體所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)疊加而成。一、一、PMSGPMSG在靜止坐標(biāo)系中在靜止坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型令三相定子電壓和電流分別為：令三相定子電壓和電流分別為：)cos()(0tUtuemsA)120cos()(0tUtuemsB)120cos()(0tUtuemsC)cos()(0tItiemsA)120cos()(0tItiemsB)120cos()(0tItiemsC式中：式中：Um、I Im分別為定子相電壓和相電流的幅值

32、；分別為定子相電壓和相電流的幅值；0為為t=0時(shí)時(shí)A相定子電壓的初始相位角；相定子電壓的初始相位角；為負(fù)載功率因數(shù)角；為負(fù)載功率因數(shù)角；e為發(fā)電為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電角速度。機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電角速度。一、一、PMSGPMSG在靜止坐標(biāo)系中在靜止坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型三相靜止坐標(biāo)系下定子電壓方程可表示為：三相靜止坐標(biāo)系下定子電壓方程可表示為：式中：式中：usA、usB、usC三相定子電壓瞬時(shí)值；三相定子電壓瞬時(shí)值； isA、isB、isC三相定子電流瞬時(shí)值；三相定子電流瞬時(shí)值； A、B、C三相定子繞組的全磁鏈三相定子繞組的全磁鏈 （磁鏈（磁鏈=匝數(shù)匝數(shù)磁通，磁通，=N）；）； Rs定子每相繞組電阻。

33、定子每相繞組電阻。 dttdtiRtuAsAssA)()()(dttdtiRtuBsBssB)()()(dttdtiRtuCsCssC)()()(一、一、PMSGPMSG在靜止坐標(biāo)系中在靜止坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型三相靜止坐標(biāo)系下定子全磁鏈方程可表示為：三相靜止坐標(biāo)系下定子全磁鏈方程可表示為：式中：式中： LXX三相定子繞組的自感三相定子繞組的自感(X=A,B,C)，其值為，其值為L(zhǎng)s； LXY 三相定子繞組之間的互感三相定子繞組之間的互感(X,Y=A,B,C 且且 XY)，其值為，其值為Ms； rX 永磁體在三相定子繞組中產(chǎn)生的磁鏈永磁體在三相定子繞組中產(chǎn)生的磁鏈(X=A,B,C)。rC

34、rBrAsCsBsACCCBCABCBBBAACABAACBAiiiLLLLLLLLL且有：且有：rrrAcos)120cos(rrrB)120cos(rrrC一、一、PMSGPMSG在靜止坐標(biāo)系中在靜止坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型由此得三相靜止坐標(biāo)系下定子電壓方程為：由此得三相靜止坐標(biāo)系下定子電壓方程為： 上式中的電感值和永磁體在三相定子繞組中的磁鏈都是隨上式中的電感值和永磁體在三相定子繞組中的磁鏈都是隨轉(zhuǎn)子位置角轉(zhuǎn)子位置角r的變化而變化的，這使得上式成為一組變系數(shù)的的變化而變化的，這使得上式成為一組變系數(shù)的線性微分方程，不易直接求解。線性微分方程，不易直接求解。 為便于分析，通常通過坐標(biāo)變

35、換的方法，將靜止坐標(biāo)系下為便于分析，通常通過坐標(biāo)變換的方法，將靜止坐標(biāo)系下的定子電壓方程和磁鏈方程轉(zhuǎn)換到的定子電壓方程和磁鏈方程轉(zhuǎn)換到d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸。從物理意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸。從物理意義上來看，定子繞組等效的義上來看，定子繞組等效的d-q軸繞組與轉(zhuǎn)子的軸線相對(duì)靜止，軸繞組與轉(zhuǎn)子的軸線相對(duì)靜止，這就消除了電感值和磁鏈隨這就消除了電感值和磁鏈隨r而變化的問題，在轉(zhuǎn)速不變的穩(wěn)而變化的問題，在轉(zhuǎn)速不變的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下，電壓方程就轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｏ禂?shù)的微分方程。態(tài)運(yùn)行情況下，電壓方程就轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｏ禂?shù)的微分方程。)(rAsCssBssAssAssAiMiMiLdtdiRu)(rBsCssBssAssBssBiMiLiM

36、dtdiRu)(rCsCssBssAssCssCiLiMiMdtdiRu二、二、PMSGPMSG在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型由三相定子電流方程：由三相定子電流方程：)cos()(0tItiemsA)120cos()(0tItiemsB)120cos()(0tItiemsC選取選取A相電壓的初相角相電壓的初相角0=，則發(fā)電機(jī)定子三相繞組的電流波，則發(fā)電機(jī)定子三相繞組的電流波形如下圖所示：形如下圖所示：050100150200250300350400-150-100-50050100150is(t)wt (deg)is (A) isAisBisC二、二、PMSGPMSG

37、在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型 當(dāng)當(dāng)t=0時(shí)，時(shí)，A相中的電流處于其正向最大值（即相中的電流處于其正向最大值（即I Im），而），而B相和相和C相中的電流為其負(fù)向最大值的一半相中的電流為其負(fù)向最大值的一半(即即-0.5I-0.5Imm)。 若定子繞組每相的有效匝數(shù)為若定子繞組每相的有效匝數(shù)為N，那么，那么A相中的電流將產(chǎn)相中的電流將產(chǎn)生一個(gè)定子磁場(chǎng)分量生一個(gè)定子磁場(chǎng)分量 sA，其幅值正比于其安匝數(shù)，其幅值正比于其安匝數(shù)NINImm，其方，其方向與向與A相繞組的軸線相同。類似地，相繞組的軸線相同。類似地，B相和相和C相中的電流也分相中的電流也分別產(chǎn)生定子磁場(chǎng)分量別產(chǎn)生定

38、子磁場(chǎng)分量 sB和和 sC，其幅值正比于其安匝數(shù)，其幅值正比于其安匝數(shù)NINImm/2/2，其方向分別與其方向分別與B相繞組和相繞組和C相繞組的軸線相同。相繞組的軸線相同。050100150200250300350400-150-100-50050100150is(t)wt (deg)is (A) isAisBisC二、二、PMSGPMSG在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型 由于三相定子電流由于三相定子電流isA、isB和和isC不僅在時(shí)間軸上互差不僅在時(shí)間軸上互差120相位，而且三相定子線圈相位，而且三相定子線圈AX、BY和和CZ在空間上彼此也相差在空間上彼此也相差12

39、0電角度。若把空間坐標(biāo)電角度。若把空間坐標(biāo)的原點(diǎn)取在的原點(diǎn)取在A相繞組的軸線上，相繞組的軸線上，則可得三相定子電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)為：則可得三相定子電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)為：tNItemsAcoscos),()120cos()120cos(),(tNItemsB)120cos()120cos(),(tNItemsC對(duì)上式利用三角公式進(jìn)行分解：對(duì)上式利用三角公式進(jìn)行分解：)cos()cos(5 . 0),(ttNIteemsA)120cos()cos(5 . 0),(ttNIteemsB)120cos()cos(5 . 0),(ttNIteemsC三相對(duì)稱，三相對(duì)稱，其和為其和為0二、二、PMSGPMSG在兩

40、相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型 將三相定子電流產(chǎn)生的將三相定子電流產(chǎn)生的3個(gè)定子磁場(chǎng)分量相加，就得到定個(gè)定子磁場(chǎng)分量相加，就得到定子合成磁場(chǎng)為：子合成磁場(chǎng)為：)cos()cos(5 . 1),(),(),(),(ttNIttttesmemsCsBsAs式中：式中： smsm=1.5NI=1.5NImm為定子合成磁場(chǎng)的幅值為定子合成磁場(chǎng)的幅值 可見，三相定子電流產(chǎn)生的定子合成磁場(chǎng)既是時(shí)間軸可見，三相定子電流產(chǎn)生的定子合成磁場(chǎng)既是時(shí)間軸t的的函數(shù)，同時(shí)也是空間坐標(biāo)軸函數(shù)，同時(shí)也是空間坐標(biāo)軸的函數(shù)。的函數(shù)。 選取選取t0、t1、t2三個(gè)不同時(shí)刻，分別使三個(gè)不同時(shí)刻，分別使et0

41、=0、et1=60和和et2=120，則由三相定子電流所產(chǎn)生的定子磁，則由三相定子電流所產(chǎn)生的定子磁場(chǎng)在空間坐標(biāo)軸場(chǎng)在空間坐標(biāo)軸下的分布如下：下的分布如下：二、二、PMSGPMSG在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型050100150200250300350-200-1000100200Alphaphi phiAphiBphiCphiSum050100150200250300350-200-1000100200phiAlpha phiAphiBphiCphiSum050100150200250300350-200-1000100200Alphaphi phiAphiBphi

42、CphiSum二、二、PMSGPMSG在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型 由圖可見，定子合成磁場(chǎng)一方面在空間坐標(biāo)軸由圖可見，定子合成磁場(chǎng)一方面在空間坐標(biāo)軸下按正弦下按正弦規(guī)律分布；另一方面在時(shí)間軸下按同步轉(zhuǎn)速規(guī)律分布；另一方面在時(shí)間軸下按同步轉(zhuǎn)速e旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針方向以電角速度轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針方向以電角速度e旋轉(zhuǎn)，取永磁體基波磁旋轉(zhuǎn)，取永磁體基波磁場(chǎng)軸線方向?yàn)閳?chǎng)軸線方向?yàn)閐軸，軸，q軸沿著旋轉(zhuǎn)方向超前于軸沿著旋轉(zhuǎn)方向超前于d軸軸90電角度。電角度。 NSg gAXBYZCd軸軸q軸軸A相軸線相軸線r rB相軸線相軸線C相軸線相軸線r r二、二、PMSGPMSG在兩相

43、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型 PMSG的定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁體磁場(chǎng)之間雖然沒有相對(duì)運(yùn)的定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁體磁場(chǎng)之間雖然沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但是，根據(jù)負(fù)載電流的性質(zhì)不同，兩個(gè)磁場(chǎng)之間有著不動(dòng)，但是，根據(jù)負(fù)載電流的性質(zhì)不同，兩個(gè)磁場(chǎng)之間有著不同的相對(duì)位置，這個(gè)相對(duì)位置決定著同步電機(jī)的運(yùn)行方式。同的相對(duì)位置，這個(gè)相對(duì)位置決定著同步電機(jī)的運(yùn)行方式。 就有功功率來說，若順著旋轉(zhuǎn)方向，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)超前于定子就有功功率來說，若順著旋轉(zhuǎn)方向，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)超前于定子磁場(chǎng)則為發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式，這時(shí)轉(zhuǎn)子由外施機(jī)械轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)，磁場(chǎng)則為發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式，這時(shí)轉(zhuǎn)子由外施機(jī)械轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)，對(duì)轉(zhuǎn)子而言定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用的

44、力是一個(gè)電磁阻對(duì)轉(zhuǎn)子而言定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用的力是一個(gè)電磁阻力。力。 反之，若定子磁場(chǎng)超前于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)則為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式，反之，若定子磁場(chǎng)超前于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)則為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式，這時(shí)定子磁場(chǎng)作用到轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。這時(shí)定子磁場(chǎng)作用到轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 在上圖中，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)（以在上圖中，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)（以d軸為代表）超前于定子磁場(chǎng)軸為代表）超前于定子磁場(chǎng)（以（以A相軸線為代表）的電角度為相軸線為代表）的電角度為r，說明，說明PMSG處于發(fā)電機(jī)處于發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式。運(yùn)行方式。二、二、PMSGPMSG在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型 考察考察3個(gè)等效線圈個(gè)等效線圈a、b和和c

45、，它們以電角速度，它們以電角速度e逆時(shí)針旋逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，各自分別承載以下直流電流：轉(zhuǎn)，各自分別承載以下直流電流： 由上述由上述3個(gè)線圈產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)幅值為個(gè)線圈產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)幅值為3NI3NImm/2/2，其方向?yàn)?，其方向?yàn)榫€圈線圈a的軸線方向。隨著時(shí)間的推移，這個(gè)磁場(chǎng)的幅值保持不的軸線方向。隨著時(shí)間的推移，這個(gè)磁場(chǎng)的幅值保持不變，但會(huì)以同步旋轉(zhuǎn)電角速度變，但會(huì)以同步旋轉(zhuǎn)電角速度e旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)。 因此，這因此，這3個(gè)通以直流電流并以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的線圈結(jié)構(gòu)個(gè)通以直流電流并以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的線圈結(jié)構(gòu)可以用來模擬可以用來模擬PMSGPMSG的三相定子線圈。的三相定子線圈。mmaIII)0cos(mmbII

46、I5 . 0)1200cos(mmcIII5 . 0)1200cos(二、二、PMSGPMSG在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型d軸軸q軸軸r re e線圈線圈a線圈線圈b線圈線圈c-I-Imm/2/2I Imm-I-Imm/2/2 sCsC sAsA s s sBsB將三相繞組產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)將三相繞組產(chǎn)生的合成磁場(chǎng) s沿沿d軸和軸和q軸方向分解得：軸方向分解得：rssdcosrssqsin選擇兩個(gè)正交的線圈，一個(gè)在選擇兩個(gè)正交的線圈，一個(gè)在d軸上，其軸線與轉(zhuǎn)子永磁體的磁軸上，其軸線與轉(zhuǎn)子永磁體的磁極軸線重合；另一個(gè)在極軸線重合；另一個(gè)在q軸上，其軸線超前于軸上，其軸線超

47、前于d軸軸90電角度。電角度。 sdsd sqsqi iq qi id d線圈線圈d線圈線圈q二、二、PMSGPMSG在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型d軸軸q軸軸r re e線圈線圈a線圈線圈b線圈線圈c-I-Imm/2/2I Imm-I-Imm/2/2 sCsC sAsA s s sBsBrmdrssdNIiNcos23cosrmqrssqNIiNsin23sin設(shè)兩個(gè)正交線圈的匝數(shù)為設(shè)兩個(gè)正交線圈的匝數(shù)為N、電流分別為、電流分別為i id d和和i iq q，可導(dǎo)出相應(yīng)的，可導(dǎo)出相應(yīng)的電流關(guān)系為：電流關(guān)系為： sdsd sqsqi iq qi id d線圈線圈d線圈

48、線圈q二、二、PMSGPMSG在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型PMSGPMSG模型轉(zhuǎn)換過程小結(jié)：模型轉(zhuǎn)換過程小結(jié)：空間位置固定的三相等效集中繞組空間位置固定的三相等效集中繞組AX、BY、CZ( (繞組中通以三相交流電流繞組中通以三相交流電流i isAsA、i isBsB、i isCsC) )以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的三個(gè)等效繞組線圈以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的三個(gè)等效繞組線圈a、線圈、線圈b、線圈、線圈c( (3個(gè)繞組中分別通以直流電流個(gè)繞組中分別通以直流電流I Imm、-0.5I-0.5Imm、-0.5I-0.5Imm) )以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)正交繞組線圈以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)正交繞組線圈d

49、、線圈、線圈q( (2個(gè)繞組中分別通以直流電流個(gè)繞組中分別通以直流電流i id d、i iq q) )雖說是直流電流，其大小雖說是直流電流，其大小將隨定子電流而變化！將隨定子電流而變化！二、二、PMSGPMSG在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型 從三相靜止從三相靜止A-B-C坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系的變換稱坐標(biāo)系的變換稱為為3s/2r變換，又稱派克變換變換，又稱派克變換(Park變換變換)，其變換矩陣為：，其變換矩陣為： 其逆變換為：其逆變換為：21)120sin(21)120sin(21sin)120cos()120cos(cos3221)120si

50、n(21)120sin(21sin)120cos()120cos(cos2/3rrrrrrrrrrrrrsNNC1)120sin()120cos(1)120sin()120cos(1sincos12/33/2rrrrrrrssrCC二、二、PMSGPMSG在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型則兩相旋轉(zhuǎn)則兩相旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系下坐標(biāo)系下PMSG的電壓、電流和磁鏈方程為：的電壓、電流和磁鏈方程為：sCsBsArsqduuuCuuu2/30sCsBsArsqdiiiCiii2/3000000000002/30rqdqdCBArsqdiiiLLLC式中：式中：u u0 0、i i0

51、0、 0 0分別為電壓、電流和磁鏈的分別為電壓、電流和磁鏈的0軸分量；軸分量；L Ld d、L Lq q、L L0 0分別為分別為d、q軸定子繞組的電樞電感和軸定子繞組的電樞電感和0軸電感。軸電感。2.4.2 永磁式同步發(fā)電機(jī)永磁式同步發(fā)電機(jī)PMSG的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型 考慮到前面對(duì)考慮到前面對(duì)PMSG所作的假設(shè)：所作的假設(shè)： 忽略空間諧波，設(shè)定子三相繞組對(duì)稱，所產(chǎn)生感應(yīng)電忽略空間諧波，設(shè)定子三相繞組對(duì)稱，所產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)沿氣隙圓周按正弦規(guī)律分布，且不計(jì)磁場(chǎng)的各次勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)沿氣隙圓周按正弦規(guī)律分布，且不計(jì)磁場(chǎng)的各次諧波；諧波； 忽略磁路飽和，不考慮渦流和磁滯效應(yīng)及趨膚效應(yīng)的忽略磁路飽和，

52、不考慮渦流和磁滯效應(yīng)及趨膚效應(yīng)的影響；影響； 轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組；轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組； 永磁體磁動(dòng)勢(shì)恒定，即等效的勵(lì)磁電流恒定不變，永永磁體磁動(dòng)勢(shì)恒定，即等效的勵(lì)磁電流恒定不變，永磁材料的電導(dǎo)率為零；磁材料的電導(dǎo)率為零； 不考慮溫度、頻率等參數(shù)變化時(shí)對(duì)電機(jī)參數(shù)的影響。不考慮溫度、頻率等參數(shù)變化時(shí)對(duì)電機(jī)參數(shù)的影響。顯然有：顯然有：u u0 0=0=0、i i0 0=0=0以及以及 0 0=0=0，因此，因此L L0 0之值無關(guān)緊要。之值無關(guān)緊要。2.4.2 永磁式同步發(fā)電機(jī)永磁式同步發(fā)電機(jī)PMSG的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型根據(jù)雙反應(yīng)理論，可得根據(jù)雙反應(yīng)理論，可得PMSG在在d-q坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型為：

53、坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型為：式中：式中： d d為直軸的全磁鏈；為直軸的全磁鏈； q q為交軸的全磁鏈；為交軸的全磁鏈；Ld、Lq分別分別為直軸和交軸電感（常數(shù)）；為直軸和交軸電感（常數(shù)）； e e=p=pg g g g為為PMSG轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電角速度（電角速度（Pg為為PMSG的磁極對(duì)數(shù)）。的磁極對(duì)數(shù)）。qeddsddtdiRudeqqsqdtdiRu此為附加的速度項(xiàng)，是由于變換到同步參此為附加的速度項(xiàng)，是由于變換到同步參考坐標(biāo)系而產(chǎn)生的，被稱為考坐標(biāo)系而產(chǎn)生的，被稱為“速度電壓速度電壓”rsdrdddiLsqqqqiL2.4.2 永磁式同步發(fā)電機(jī)永磁式同步發(fā)電機(jī)PMSG的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模

54、型因此，因此，PMSG的定子電壓方程可進(jìn)一步表示為：的定子電壓方程可進(jìn)一步表示為：qqedsdddiLiRdtdiLureqsddeqqqiRiLdtdiLuPMSG輸出的有功功率為：輸出的有功功率為：)(23qqddeiuiuPPMSG輸出的無功功率為：輸出的無功功率為：)(23qddqeiuiuQsqdeqddqqqddeRiiiiiiP)(23)(23)(2322磁場(chǎng)儲(chǔ)能的變化率磁場(chǎng)儲(chǔ)能的變化率轉(zhuǎn)換為電能的電磁功率轉(zhuǎn)換為電能的電磁功率定子繞組的銅損定子繞組的銅損2.4.2 永磁式同步發(fā)電機(jī)永磁式同步發(fā)電機(jī)PMSG的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型因此，因此，PMSG的電磁功率為：的電磁功率為：)(23

55、)(23qddqggeqddqemiipiiP相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩為：相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩為：qddqrgqddqggememiiLLPiiPPT)(23)(23對(duì)于隱極式同步發(fā)電機(jī)，由于對(duì)于隱極式同步發(fā)電機(jī)，由于Ld=Lq，則有：，則有：gqrggememiPTP23qrgemiPT23可見，可見，隱極式同步發(fā)電機(jī)的電磁功率與直軸電流隱極式同步發(fā)電機(jī)的電磁功率與直軸電流i id d無關(guān)，僅無關(guān)，僅取決于交軸電流取決于交軸電流i iq q。2.4.2 永磁式同步發(fā)電機(jī)永磁式同步發(fā)電機(jī)PMSG的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型最后得最后得PMSG在在d-q坐標(biāo)系下的傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖如下：坐標(biāo)系下的傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖如下：udu

56、qi idi iq qTemTmech g g-sdRSL1qeLdeLsqRSL1rgP23SJg1rgP可見，可見，PMSG的數(shù)學(xué)模型雖然是線性定常系統(tǒng)，但交、直軸的數(shù)學(xué)模型雖然是線性定常系統(tǒng)，但交、直軸之間互相耦合，使得其控制仍然比較困難。之間互相耦合，使得其控制仍然比較困難。2.4 發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.4.3 雙饋式異步發(fā)電機(jī)雙饋式異步發(fā)電機(jī)DFIG的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型 大型變速風(fēng)電機(jī)組一般采用雙饋式異步發(fā)電機(jī)大型變速風(fēng)電機(jī)組一般采用雙饋式異步發(fā)電機(jī)(Double Fed Induction Generator,DFIG)，定子繞組直接連接到交，定子繞組直接

57、連接到交流電網(wǎng)，而轉(zhuǎn)子繞組則通過背靠背變流器與電網(wǎng)連接。流電網(wǎng)，而轉(zhuǎn)子繞組則通過背靠背變流器與電網(wǎng)連接。 變流器根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁電流的變流器根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁電流的頻率、相位和幅值，從而使發(fā)電機(jī)定子繞組的交流感應(yīng)電勢(shì)頻率、相位和幅值，從而使發(fā)電機(jī)定子繞組的交流感應(yīng)電勢(shì)保持為恒頻保持為恒頻(即變速恒頻即變速恒頻)。 由于背靠背變流器傳遞的僅僅是轉(zhuǎn)差功率，其在發(fā)電機(jī)由于背靠背變流器傳遞的僅僅是轉(zhuǎn)差功率，其在發(fā)電機(jī)額定功率中所占的比重?。ㄒ话銉H為額定功率中所占的比重小（一般僅為30%），所以變流器的），所以變流器的容量也較小，從而變流器體積減小、成本較低、投資減

58、少。容量也較小，從而變流器體積減小、成本較低、投資減少。 此外，此外，DFIG還可實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的獨(dú)立控制，還可實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的獨(dú)立控制，從而對(duì)電網(wǎng)的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。從而對(duì)電網(wǎng)的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。2.4.3 雙饋式異步發(fā)電機(jī)雙饋式異步發(fā)電機(jī)DFIG的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型 DFIG是在同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來是在同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子具有三相勵(lì)磁繞組結(jié)構(gòu)。當(dāng)通以的一種新型發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子具有三相勵(lì)磁繞組結(jié)構(gòu)。當(dāng)通以某一頻率某一頻率(轉(zhuǎn)差頻率轉(zhuǎn)差頻率)的交流電時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)子旋的交流電時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，若

59、轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速與交流勵(lì)磁產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，若轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速與交流勵(lì)磁產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速的代數(shù)和等于同步轉(zhuǎn)速，就在發(fā)電機(jī)氣隙中形成一對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速的代數(shù)和等于同步轉(zhuǎn)速，就在發(fā)電機(jī)氣隙中形成一個(gè)同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在定子側(cè)感應(yīng)出同步頻率的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。個(gè)同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在定子側(cè)感應(yīng)出同步頻率的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這與同步發(fā)電機(jī)直流勵(lì)磁的轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在發(fā)電這與同步發(fā)電機(jī)直流勵(lì)磁的轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在發(fā)電機(jī)氣隙中形成的同步旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)是等效的。機(jī)氣隙中形成的同步旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)是等效的。 DFIG的內(nèi)部電磁關(guān)系既不同于一般的異步發(fā)電機(jī)又不的內(nèi)部電磁關(guān)系既不同于一般的異步發(fā)電機(jī)又不同于同步發(fā)電機(jī)，但它卻同時(shí)

60、具有異步發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)同于同步發(fā)電機(jī)，但它卻同時(shí)具有異步發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)的某些特點(diǎn)。的某些特點(diǎn)。 如果從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速來看，如果從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速來看，DFIG當(dāng)屬異步發(fā)電機(jī)，但當(dāng)屬異步發(fā)電機(jī)，但從發(fā)電機(jī)外特性來看，從發(fā)電機(jī)外特性來看，DFIG在很多方面又與同步發(fā)電機(jī)類似。在很多方面又與同步發(fā)電機(jī)類似。因此，有些學(xué)者也把因此，有些學(xué)者也把DFIG稱為稱為異步化同步發(fā)電機(jī)異步化同步發(fā)電機(jī)。2.4.3 雙饋式異步發(fā)電機(jī)雙饋式異步發(fā)電機(jī)DFIG的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型 DFIG在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間應(yīng)保持相對(duì)靜止，即均為同步轉(zhuǎn)速空間應(yīng)