变速恒频（VSCF）风力发电系统的自适应控制方法研究(5)
2.转子侧变换器的控制策略
双馈发电机可以被看做是具有旋转二次绕组的变压器，定子和转子绕组之间的耦合系数随转子位置的变化而连续变化，发电机模型可以通过具有时变电感的微分方程来描述，但模型很复杂。Park变换和旋转变换的出现，将双馈发电机的模型进行了简化。在坐标变化的基础上，采用矢量控制的方法可以研究交流电动机的动态控制过程，实现了以转子磁链定向为基础的磁通和转矩的解耦控制，使得交流电动机传动控制系统的动态特性有了显著的改善。虽然矢量控制具有很好的动态调速性能，但是由于矢量控制实现时需要进行复杂的坐标变换，并且对被控电机的参数准确性要求较高，使系统的实际控制效果难以达到理论分析的结果。在电压矢量控制和磁通轨迹控制的基础上，提出了直接转矩控制的理论，为了避免矢量控制中复杂的坐标变换，直接转矩控制估计的磁通为定子磁通，从而大大减小了对电机参数的依赖性。该方法将定子电流分解为转矩分量和励磁分量，取消坐标旋转变换，通过检测到的定子电压和定子电流，并根据与给定值比较所得的差值，利用定子磁场定向产生的PWM信号，直接对变换器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能，实现磁链和转矩的直接控制，从而使得直接转矩控制异步电机调速系统更为简单。
1.4.本论文主要内容
本文研究的是双馈风力发电系统。详细讨论了变速恒频发电系统的理论基础和控制系统的技术的关键。重点讨论了双馈型风力发电机的数学模型的建立。分别研究了网侧变换器和转子侧变换器的模型和相应的控制策略。最后通过大量的仿真实验，验证了数学模型的正确性和控制策略的可行性。
论文的主要工作如下：
（1） 首先分析了双馈异步发电机的工作原理，在三相静止坐标系和两相同步旋转坐标系下建立了双馈发电机的数学模型。
（2） 讨论了变速恒频风力发电系统使用的交流励磁电源交-直-交双PWM变换器，并分别分析了转子侧和电网侧变换器的工作原理及其数学模型。确定网侧变换器采用电网电压定向的矢量控制策略和空间矢量调制技术，转子侧采用定子电压定向控制策略。并在Matlab仿真中搭建了自己的SVPWM仿真模型。
（3） 在Matlab/Simulink 的仿真平台下建立了风力发电系统各部分的仿真模型，包括：双馈发电机模型，双PWM变换器模型，矢量控制系统模型。最终通过大量的仿真实验验证了各部分数学模型建立的合理性和整个系统控制策略的可行性。
1.5 本章小结
本章介绍了本论文的研究背景和意义、国内外风力发电的研究现状及发展趋势以及风力发电系统的基础理论，详细阐述了双馈发电机的控制侧略，最后对本论文的主要内容进行了总体概括。
2 双馈发电机的运行原理及其数学模型
2.1双馈风力发电机运行原理
变速恒频是双馈型交流励磁绕线式异步发电机的一个重要优点。所谓“双馈”，是指绕线式异步电机的定、转子三相绕组分别接到两个独立的三相对称电源，其中定子绕组的电源为固定频率的工业电源，而转子绕组则通过变频器接入所需低频电源，其电源电压的幅值、频率和相位则需按运行要求分别进行调节，因此定子和转子两侧均有能量的馈送。
根据双馈电机定、转子绕组电流产生的旋转磁场相对静止的原理，可以得出DFIG风力发电机运行时电机转速与定、转子绕组电流频率关系的数学表达式：
其中 为定子电流频率，由于定子与电网相连，所以 为电网频率； 为转子电流频率； 为定子磁场旋转转速； 为转子绕组切割气隙磁场的转速； 为电机的转速； 为电机的极对数； 为转差率