由2式知，改变f2就能改变n2，达到了变速的目的，而且如果改变转子绕组中三相电流的相序，就使得转子旋转磁场的转动方向发生改变。因此，若设n1为对应于电网频率为50Hz时双馈发电机的同步转速，而n为电机转子本身的旋转速度，则只要维持n±n2=n1=常数，见3式，则双馈电机定子侧的感应电势的频率将始终维持为f1。

转差率定义为，则电机转子侧接入电流的频率f2应为

由4式可知，无论双馈电机转子的转速如何变化，只要保证转子侧的三相对称电流的频率为sf1，那么双馈电机定子绕组中感应电势的频率恒为50Hz。所以根据上面4个公式，只要控制转子电流的频率为sf1就可以实现双馈电机的变速恒频发电。

双馈式异步电机工作状态有三种，分别是：亚同步状态、超同步状态、同步状态。

（1）当n<n1时，电机处于亚同步运行状态。此时转子绕组中电流产生的旋转磁场转速n2与n1方向相同，因此可得n+n2=n1。

（2）当n>n1时，电机处于超同步运行状态。此时就要改变通入转子绕组电流的相序，则旋转磁场的转速n2的转向与n1相反，因此可得n-n2=n1。

（3）当n=n1时，电机处于同步运行状态。此时转差频率f2=0表明此时通入转子绕组的电流频率为0，就是直流励磁[2] 。

1。5。3双馈式风力发电系统

图1-1双馈式风电系统结构图

如图1。1所示，双馈式风力发电系统主要由风叶、齿轮箱、双馈式异步发电机、变流器以及控制系统组成。双馈风力发电机的发电流程就是风叶将流经的风能转变为机械转矩（即风轮转动惯量），通过主轴传动链，经过变速齿轮箱增速达到电机的发电转速后，通过变流器调节转子的励磁，发出公频的电能并入电网。一般情况下，转子侧输入电能，定子侧发出电能。如果双馈电机处于超同步运行状态，转子也能发电，即通过变流器向电网馈送电能。双馈式风力发电系统正是由风带动风叶转动，通过齿轮箱升速带动电机高速旋转，而转子接变频器，通过变频器PWM控制使定子侧输出恒频的正弦波，顺利并入电网。

双馈式风力发电使风力机的转速突破了发电机输出频率的限制，而发电机的输出电压和电流也不受转子速度和瞬时位置的影响，该变了机电系统之间的连接方式。基于上述诸多优点，基于双馈电机的变速恒频风力发电系统已经在目前国际风力发电领域掀起一股研究热潮。

1。6本文研究的内容及结构安排

论文主要研究风力发电机组的转矩控制技术。第一章首先介绍了风能利用的目的和意义、国内外研究现状、发展趋势，接着对双馈式风力发电系统做了简单介绍。而其余章节的安排如下：

第二章介绍一些风力发电基本常识和最大风能捕获技术的基本思想；文献综述

第三章介绍了变桨距控制以及最优叶尖速比控制；

第四章是风力发电系统各部分数学模型以及PID控制算法；

第五章是风力发电转矩控制系统的设计；

最后对全文内容进行总结，并对后续工作进行展望。

第二章   最大风能捕获技术

2。1风力机空气动力学

下面简单介绍一下贝兹理论。先作如下假设，整个风轮处于理想状态,即没有轮毅,又具有无限多的叶片气流通过风轮时没有阻力,并假定经过整个风轮扫及时全是均匀的,而且通过风轮前后的速度都为轴向方向[3]。

图2-1 理想风轮的气流图

假设上游截面为,风速；