策略的对比研究湖南大学,马威,包广清直驱式风电系统中变流器拓扑对比分析微型机与应用毕业设计说明书逆变三相桥逆变，最后并入电网。该电路的拓扑结构如图所示。图不控整流升压斩波逆变型变流电路在这种变流电路的拓扑结构中，由于中间有升压斩波的存在，所以对发电机输出的电压没有严格的要求，这样风力机就可以在低风速环境下工作，拓宽了风力机的工作范围在整流环节由于采用的是二极管不控整流，省去了控制方案并且成本也比较低和其他变流方案相比这种变流方案整体的控制相对比较简单。缺点是发电机侧功率因数不为，并且对发电机的损耗也比较大，这种情况可以通过并联无功补偿电容的方法来解决。基于上述原因本文采用这种变流电路进行研究。不控整流型逆变型变流电路源逆变是新近提出的变换器的拓扑结构。其电流拓扑结构如图所示。源逆变与传统的变流方案有很大的不同，他即不同于传统的电压源变换器也不同于传统的电流源型变换器。它有其独特的特点，源主电路可以变为电压源型也可以变为电流源型，其负载可以为电感性的也可以是电容性的。其独到之处是源没有升压环节，但是它可以实现升压和降压的功能。因此它在低风速和高风速下都能使用，拓展了其使用的范围。毕业设计说明书源逆变器除了上述优点外，也有其缺点，主要是源控制方式比较复杂，并且这种变换器目前还处在理论研究和实验阶段，距离实际应用还有段距离，所以不详细叙述。图不控整流型逆变型变流电路变流器主电路研究以及工作原理本文所选用的直驱式并网变流器的额定功率为。变流电路采用不控整流升压斩波逆变的结构。主电路的拓扑结构如图所示。图直驱式并网型风力发电变流电路主电路的结构在图中，发电机使用永磁同步发电机，采用三相不控整流对发电机发出的交流电进行整流，为了减小直流脉动，在整流的输出端并联电容进行稳压。由于存在发电机内电感以及电流畸变情况，所以在发电机的输出侧并联无功补偿电容，以提高发电机毕业设计说明书的功率因数。在中间直流环节，采用三个升压斩波电路并联的形式，以减少单个通过的电流大小。基于同样的原因，在逆变环节采用两个并联的形式，以减少每个上通过的电流大小，这种连接方式结合定的控制方法还能防止逆变器上环流问题的产生。此外，在斩波电路后加上直流母线电压钳位电路以防止直流母线上的电压过高而损坏器件的情况发生。为防止开始运行时电容充电电流过大，加入了电容充电支路，当发电机不工作时，这条支路也能保证直流侧上有电压的存在，能起到对电网进行无功功率补偿的作用。主电路的工作原理当风速不断变化时，风轮的转速随之变化，因此同步发电机发出的交流电的幅值和频率也是不断变化的此时的交流电再经过整流以后变成幅值不稳定的直流电。因为要给逆变器输入大小定并且稳定的直流电，经过逆变以后才能达到电网的要求，所以斩波的主要功能是对整流输入的直流电进行升压和稳压，最后经过逆变器，输出与电网电压同频同相且电压随风速不断变化并且略高于电网电压的交流电再经过滤波电抗器进行滤波后并网，而高于电网部分的电压降在滤波电抗器上。这样就完成了经过直驱型并网变流器转化成能并网的交流电的任务。整流部分的电路的工作原理整流电路工作原理图三相桥式不控整流电路毕业设计说明书在图中，当其中的对二极管导通时，输出的直流电等于交流侧线电压中最大的个，这个线电压向负载供电的同时也向电容供电。这是有二极管导通时的情况，当没有二极管导通时，由于电容能够存储能量，即电容依靠自身存储的能量向负载供电。此时电容上的电压降按指数规律下降。假设二极管在距离线电压为角时开始导通，以二极管的对桥臂和导通时的时间记为零点。则此时的线电压为而相电压为其中，为线电压为相电压为有效值为频率为导通角。由上述可知当时，二极管的对桥臂和开始导通，其直流侧的电压等于交流侧的线电压。下次导通的对桥臂为和，此时的直流电压为，之后导通的桥臂为和，此时直流侧得到的电压为，次循环就可以将交流电变化到直流电，完成整流的全部过程。输入功率因数有功功率与其视在功率之比为输入的功率因数，用表示，即其中，为总的输入电压为总的输入电流。假设输入的为无畸变的正弦波电压，即电流谐波在个周期内的波形为零，所以电流的基波的输入无功功率为零，全部为有功功率，其值可以表示为其中为位移角，是输入电压与电流基波分量之间的夹角。为基波功率因数，即则输入的功率因数为毕业设计说明书其中为基波功率因数，即由式可知，由于个周期之内脉波的次数越多，其基波数值因数越小，越大，在发电机的侧的补偿电容的作用就是补偿由发电机内部产生的无功功率。升压斩波电路以及恒压输出原理电路工作原理参数的设计以及模块的并联技术电路工作原理升压斩波电路的原理图如图所示。图升压斩波电路假设时刻时，处于通电状态，则电压向电感供电，充电电流按直线规律上升，即即毕业设计说明书其中，为通态时电感上的电流，为断态时电感上的电流。当时，管断开，假设电感的电流依然按直线规律从降到，则有由式和式可得将代入到式中，则有其中为占空比，因此电路的理论升压比为，即占空比越大升压的幅度就越大。电路的并联技术发电机输出的交流电经过不可控整流电路整流后再经过逆变，然后并入电网但是由于当风速比较低的情况下，能量无法回馈到电网中，为了解决这个问题可以在整流之后加上个升压斩波电路，当风速比较低的时候此电路可以先将整流器输出的电压提升后再输入给逆变器。所以这种电路可以适用比较宽的调速范围内。此外，电路还能调节整流电路输入端的电流波形，用以改善功率因数和谐波失真。随着系统功率的不断增加，单重的电路的开关器件必然要承受更高的瞬时电压和电流。如果要更换器件将面临着成本高器件的选择困难等问题，而且还将增大电路的和，势必造成严重的辐射和电磁干扰。因此，为了满足需要大多采用多路并联的方案，并联电路能够降低功率器件对耐压耐流的能力的要求而且还能够降低输入的电流纹波降低电磁干扰。控制原理由上面所述原因，在中间直流环节采用三个升压斩波电路并联的形式，每个斩波电路所采用的控制系统都如图所示的双闭环结构。在图中所示，控制系统采用双环控制内环是升压电抗器上通过的电流环，外毕业设计说明书环是升压斩波电路输出的电压环。当升压斩波器输出的电压值小于指令电压时，偏差为正，则调节器的输出将增加，经过限幅器限幅后，作为流经升压电抗器的电流的指令值。图升压斩波电路的控制系统假设流经升压电抗器的电流不变，那么偏差为正，即调节器上的输出值也将不断增加，最后再经过限幅后与三角载波比较，就可以得到导通比不断增加的脉冲信号当的导通比不断增加时，那么流经升压斩波电抗器上的电流值也紧跟导通比迅速增加，就使内环的偏差动态为零。所以导通比只和斩波输出的电压值有关系。随着导通比的不断增加，其输出电压也将随着不断增加，最后输出的电压环偏差将越来越小直到为零，最后两个调节器的输出都为动态定值。系统进入稳定的工作状态。控制系统的改进在升压电路中采用三个升压斩波器并联的形式，每个斩波电路部分都有其独立的控制系统。可以将每个控制系统输出的三角载波移相的方法，得到于三倍不移相的开关频率。对于主电路，在斩波电路之后加上个电压钳位电路，其主要作用是为了防止输出的直流母线电压过高而损坏器件。工作原理为当直流母线上的电压小于安全电压时，钳位电路上的不导通，能同步旋转坐标系下的直流量。把永磁同步电机的转子磁体当作直流机的励磁绕组，轴的正方向定向在转子磁体的正方向上，轴超前轴电角度。永磁同步电机常用的控制策略主要有单位功率因数控制，控制弱磁控制最大转矩电流控制恒磁链控制等，而的控制方式比较简单，转矩脉动小，调速范围宽，而且还可以实现定子电流的转矩和磁动势的解耦控制。永磁同步发电机的电流控制策略的控制策略这种控制方法的特点是，发电机的电磁转矩和轴电流成线性关系，控制轴电流就可以控制发电机的转矩，如式所示在这种控制策略下能通过发电机的参考转矩得到参考电流，如式所示对于表贴式永磁同步电机，这种控制策略也是最大转矩电流比控制。在的条件下，永磁同步发电机的矢量图如图所示，其中忽略了电机绕组电阻的电压降。如图所示，发电机稳态发电时，发电机的电流就是轴电流，与发电机的电动势同相位，相位超前端电压，即发电机要吸收感性无功功率，这导致了发电机的端毕业设计说明书电压比反电动势要高，并且随着负载电流的增大而增大，使得机侧整流器的额定电压比额定转速下反电动势要高并且发电机的功率因数因负载增大而降低，要求变流器的容量有裕量。单位功率因数下发电机的矢量图电流轨迹与电流极限曲线图下的矢量图和电流极限曲线如图在的矢量控制下电流的轨迹图，轨迹圆是发电机的电流极限曲线，受发电机和变流器容量的限制，发电机的电流不能超过这个极限值毕业设计说明书发电机的电流随电磁转矩的增加沿轴到达电流的极限值点，这时的轴电流就是发电机组的极限电流，也即下面介绍电压的约束条件解得对式和式的电流值进行比较，其中较小的为轴电流的极限值，这样就得到发电机的电磁转矩最大值为单位功率因数控制策略为了提高发电机的功率因数，必须给发电机组输入定的直轴电流量。这种控制如图所示，同样也忽略了发电机绕组的电阻。单位功率因数下发电机组的矢量图可以看出，这种控制的最大优点是发电机单位功率因数运行，因此能够充分利用机侧变流器的容量。并且这种方法使得发电机组的端电压低于反电动势，不会引起发电机毕业设计说明书的过电压，由矢量图可得到满