【正文】 波形 與三相橋式整流電路一樣，換流重疊角 γ的計(jì)算公式為： cosα－ cos(α+γ )＝ 2UBId∕ 6 Uα (25) Uα為電網(wǎng)相電壓 : Id 為直流側(cè)電流 : XB 為電網(wǎng)側(cè)電感量為 LB 的變壓器每相折算到次級(jí)繞組的漏感， XB= ωLB。系統(tǒng)啟動(dòng)后，電壓、電流檢測(cè)單元對(duì)主電路直流電壓、交流電流信號(hào)進(jìn)行隔離、信號(hào)調(diào)理電路，由 MCU 的A/D 單元進(jìn)行采樣，經(jīng)過(guò) PID 算法得出三相晶閘管觸發(fā)角的控制電壓，由經(jīng)隔離和 DAC風(fēng)力發(fā)電機(jī)晶閘管并網(wǎng)逆變器的研究 13 芯片轉(zhuǎn)換為 05V電壓，經(jīng) CA6100 觸發(fā)電路轉(zhuǎn)化為三相晶閘管的導(dǎo)通角在 5175176。 有源逆變器的系統(tǒng)構(gòu)成 整個(gè)系統(tǒng)由整流部分、逆變部分、信號(hào)檢測(cè)、脈沖觸發(fā)、系統(tǒng)控制等幾個(gè)部分組成。 晶閘管正常工作時(shí)的特性如下： ⑴ 當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí)，不論門(mén)極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通 ⑵ 當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門(mén)極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通 ⑶ 晶閘管一旦導(dǎo)通，門(mén)極就失去控制作用，不論門(mén)極觸發(fā)電流是否存在，晶閘管都保持導(dǎo)通 ⑷ 若要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，只能 利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下 根據(jù)晶閘管的特性，當(dāng)其一旦導(dǎo)通，控制信號(hào)就不起作用了，所以一般是靠電網(wǎng)的負(fù)電壓來(lái)關(guān)斷晶閘管，即在換向時(shí)晶閘管的陰極電壓高于陽(yáng)極電壓形成反向抽流，使晶閘管中電流低于導(dǎo)通的維持電流而關(guān)斷，不需要外加電路也就是常說(shuō)的自然關(guān)斷。 主電路設(shè)計(jì) 主變壓器參數(shù)的計(jì)算 主變壓器在電路中有著重要作用。所以 S2=。 ⑴ 阻容參數(shù)的選擇 阻容吸收回路主要是利用電容兩端電壓不能突變的特 性來(lái)吸收尖峰狀的過(guò)電壓，保護(hù)晶閘管。 但是阻容電路 吸收過(guò)電壓的能力是有限的，出現(xiàn)雷擊等原因引起電網(wǎng)上產(chǎn)生更高的過(guò)電壓，或者過(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，過(guò)電壓仍會(huì)超過(guò)允許值。因此，其至少應(yīng)能夠承受相電壓有效值的 。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)晶閘管并網(wǎng)逆變器的研究 18 3 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)功能描述 控制系統(tǒng)硬件電路主要包括主控芯片電路、 D/A 轉(zhuǎn)換及其與單片機(jī)的光電接口電路和晶閘管驅(qū)動(dòng)電路 CA6100 以及在并網(wǎng)逆變器輸出側(cè)并聯(lián)濾波器可以更好地抑制諧波，使送入電網(wǎng)的交流電能滿足電網(wǎng)要求。 工作于空閑模式時(shí) CPU 停止工作，而 USART、兩線接口、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 SRAM、T/C、 SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時(shí)終止 CPU 和除了異步定時(shí)器與 ADC 以外所有 I/O 模塊的工作，以降低 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開(kāi)關(guān)噪聲； Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只風(fēng)力發(fā)電機(jī)晶閘管并網(wǎng)逆變器的研究 19 消耗極少的電流，同時(shí)具有 快速啟動(dòng) 能力；擴(kuò)展 Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作。選擇它作為本系統(tǒng)主控芯片的原因有以下幾個(gè) : ⑴ 它應(yīng)用的是精簡(jiǎn)指令集，所以運(yùn)算速度快，能滿足本系統(tǒng)的要求。上電時(shí)，內(nèi)部復(fù)位電路使DAC 寄存器復(fù)位為零，此外，當(dāng) CLR 引腳保持低電平時(shí)，使寄存器都置零， CLR 引腳的工作異步并獨(dú)立于片選 CS 端。具體做法是用鎖存器對(duì)地址信號(hào)、控制信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行鎖存，在通過(guò)光耦器件對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離，然后用這些信號(hào)對(duì) D/A 芯片進(jìn)行操作，完成多 路開(kāi)關(guān)的選通，完成 D/A 轉(zhuǎn)換。他們的基本控制思想都是利用將同步正弦波信號(hào)處理后得到的三相鋸齒波與直流控制信號(hào)相比較，以獲得相移信號(hào)的參考點(diǎn)。系統(tǒng)把從主電路上采集來(lái)的數(shù)字反饋信號(hào)值和給定值進(jìn)行差分比較再通風(fēng)力發(fā)電機(jī)晶閘管并網(wǎng)逆變器的研究 22 過(guò)數(shù)字 PID 算法得到輸出為 05V的信號(hào)電壓給三相晶 閘管觸發(fā)電路 CA6100， CA6100即可實(shí)現(xiàn)把電壓值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的晶閘管觸發(fā)角并對(duì)晶閘管進(jìn)行觸發(fā)導(dǎo)通，從而達(dá)到對(duì)整流器和逆變器的控制。額定二次電流一般為 5A，少數(shù)有 1A、 、 1A。 霍爾電流傳感器輸入輸出之間具有良好的電隔離，被測(cè)信號(hào)的頻率范圍較寬，測(cè)量結(jié)果具有良好的精確度和線性度，但是正常工作時(shí)需要外接直流穩(wěn)壓電源，且一般為正負(fù)雙電源。 三相晶閘管逆變器可以通過(guò)改變晶閘管的逆變角 β的大小來(lái)調(diào)節(jié)逆變器輸入的直流電壓和逆變輸出的交流電流的有效值。 (3)各觸發(fā)電路應(yīng)與相應(yīng)的網(wǎng)側(cè)交流電 壓相序一致，并且保持同步。 在過(guò)程控制中，由于被控對(duì)象往往處在較強(qiáng)的噪聲環(huán)境中，因此，為確保系統(tǒng)可靠地工作，采用光電隔離的方法，切斷單片機(jī)與外設(shè)之間的公共地線進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)。由于電流輸出型 A/D 轉(zhuǎn)換器的 REFIN 引腳是運(yùn)算放大器求和的連接點(diǎn)或虛地。 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)控制系統(tǒng)包含的功能和所選擇的主控制器特點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的變流裝置控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)原理如圖所示。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的 CISC 微控制器最高至10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。最后經(jīng)詳盡的計(jì)算得出主電路各個(gè)器件的參數(shù)。熔斷器主要有熔體和安裝熔體的導(dǎo)電零件組成，此外還有絕緣座和絕緣管等。所以 2 6 2R c m c m 1 0 0 0 . 3 3 1 0 U 1 2 wP f U U ?? ? ? ? ? ? (214) 由于實(shí)際電路中往往還有其他一些原因引起電阻消耗功率，使其消耗功率加大，所以取 PR=15w。則 T a vI (2 3 ) 2 2 6 5 (2 4 0 3 6 0 ) A?? ? ? ? ? ? ? (212) 取 ITav=400A 瞬態(tài)抑制電路參數(shù)計(jì)算 為了吸 收換流過(guò)電壓及電壓上升率，減緩對(duì)晶閘管的沖擊。變壓器的諧波損耗分為繞組電阻損耗，其中高次諧波的渦流損耗占絕大部分，而且分布不均，容易導(dǎo)致局部繞組過(guò)熱。β90176。 濾波電容器的作用主要是濾波 ，使輸出的直流電壓平直。 大功率晶閘管有源逆變器的硬件組成 在以上理論基礎(chǔ)上，分析了一臺(tái) 80kW 晶閘管有源逆變器。為了滿足系統(tǒng)無(wú)超調(diào)、抗擾動(dòng)能力強(qiáng)，實(shí)時(shí)性、快速響應(yīng)性好的要求，系統(tǒng)采用了增量式數(shù)字 PID 算法。在換流所需的這段時(shí)間內(nèi)，正在導(dǎo)通的管子電流在增長(zhǎng)，而正在關(guān)斷的管子電流在減小，兩管同時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)，故稱換流重疊現(xiàn)象。+φ，一般 βmin=30176。 2)換流重疊角 181。 (4)當(dāng)逆變角 β較小時(shí)，由于換流重疊角的影響，造成晶閘管在關(guān)斷時(shí)因承受反壓時(shí)間不夠而關(guān)斷失敗，從而導(dǎo)致逆變 顛覆。由于逆變電路中的限流電阻很小，將造成很大的回路電流，使逆變電路不能正常工作，造成重大事故。的寬脈沖觸發(fā) 。本章主要就晶閘管整流 +晶閘管有源逆變變流電路結(jié)構(gòu)拓?fù)溥M(jìn)行分析和研究。 圖 15 二極管整流 +晶閘管有源逆變電路 本章小結(jié) 本章主要分析了風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀， 并網(wǎng)出現(xiàn)的問(wèn)題 ，以及當(dāng)前風(fēng)機(jī)變流器主要形式交流發(fā)電 機(jī) 風(fēng)輪 升壓變壓 器 C L 電網(wǎng) 相控整流 有源逆變 交流發(fā)電機(jī) 風(fēng)輪 升壓變壓器 C L 電網(wǎng) 不控整流 有源逆變 風(fēng)力發(fā)電機(jī)晶閘管并網(wǎng)逆變器的研究 8 的優(yōu)缺點(diǎn)和發(fā)展方向，最后闡述了本文的主要工作。直驅(qū)并網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖 13 所示。不同的是，雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)通過(guò)功率變換器連接到電網(wǎng)。由于目前國(guó)內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)占系統(tǒng)總?cè)萘勘壤€比較低 ,因此 ,頻率穩(wěn)定并不是電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行中的主要問(wèn)題 [9]。風(fēng)電功率的波動(dòng)勢(shì)必會(huì)引起電壓的變化 ,主要表現(xiàn)為 :電壓波動(dòng)、電壓閃變、電壓跌落以及周期性電壓脈動(dòng)等。沖擊電流的大小與其本身暫態(tài)電抗和并網(wǎng)時(shí)的電壓高低有關(guān) ,其有效值還與并網(wǎng)時(shí)的滑差有關(guān)。但是在恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中 ,一方面 ,風(fēng)電機(jī)組直接與電網(wǎng)相耦合 ,風(fēng)電的特性將直接對(duì)電網(wǎng) 產(chǎn)生影響 ,另一方面 ,其發(fā)電設(shè)備為異步發(fā)電機(jī) ,它的運(yùn)行需要無(wú)功電源的支持 ,加重了電網(wǎng)的無(wú)功負(fù)擔(dān) ,使系統(tǒng)的潮流分布更加復(fù)雜。目前國(guó)內(nèi)外普遍使用的是水平軸、上風(fēng)向、定槳距 (或變槳距 ) 風(fēng)力機(jī) ,其有效風(fēng)速范圍為 3～ 30 m/ s ,額定風(fēng)速一般設(shè)計(jì)為 8～ 15 m/ s ,風(fēng)力機(jī)的額定轉(zhuǎn)速大約為 20～ 30 r/ min 。 2020 年新增裝機(jī)的單機(jī)平均容量為 ，而 2020 年的數(shù)字變成了 ，并且去年兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)的市場(chǎng)份額占到了86％，其中 67％在 以上。截至 2020 年底， 全國(guó)累計(jì)生產(chǎn)離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 18 萬(wàn)多臺(tái)。為促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，世界各國(guó)政府特別是歐美國(guó)家出臺(tái)了許多優(yōu)惠政策，主要包括有 :投資補(bǔ)貼、低利率貸款、規(guī)定新能源必須在電源中占有一定比例、從電費(fèi)中征收附加基金用于發(fā)展風(fēng)電、減排 C02獎(jiǎng)勵(lì)等。 2020 年，中國(guó)的漲幅引領(lǐng)全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，其新增裝機(jī)容量超過(guò) 100％，從 2020 年風(fēng)力發(fā)電機(jī)晶閘管并網(wǎng)逆變器的研究 2 的 萬(wàn)兆瓦上漲到 2020 年底的 萬(wàn)兆瓦，新增裝機(jī)容量達(dá)到 萬(wàn)兆瓦。 風(fēng)力發(fā)電的前景展望 風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視，其在地球上蘊(yùn)量巨大。 風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景展望 風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀 ⑴ 風(fēng)電成本逐年降低 盡管風(fēng)電成本受很多因素的制約 ,但其發(fā)展趨勢(shì)是逐漸降低的。 27 數(shù)字濾波 18 ATmega16 單片機(jī)特性簡(jiǎn)介 6 直驅(qū)并網(wǎng)風(fēng)機(jī)變流器的主要形式 5 雙饋并網(wǎng) 本文首先對(duì)并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理、組成和分類(lèi)進(jìn)行了介紹。 11 控制系統(tǒng)概述 16 快速熔斷器的參數(shù)選擇 19 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)原理 30 硬件抗干擾設(shè)計(jì) 34 本章小結(jié) 36 諧波的 危害 36 有源逆變器的無(wú)功及諧波分析 37 V 無(wú)功及諧波的分析 38 無(wú)功補(bǔ)償電容器和 LC 濾波器 隨著融資成本的降低和開(kāi)發(fā)商的經(jīng)驗(yàn)日益豐富 ,項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的成本也相應(yīng)得到降低。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從多種結(jié)構(gòu)形式逐步向少數(shù)幾種過(guò)渡的過(guò)程。其中，西班牙新增容量達(dá)到 2460MW，德國(guó)達(dá)到 1920MW。印度通過(guò)鼓勵(lì)外來(lái)投資和加強(qiáng)對(duì)外合作交流來(lái)發(fā)展風(fēng)力發(fā)電事業(yè) 。 1997 年當(dāng)年裝機(jī)超過(guò) 10 萬(wàn)千瓦，達(dá)到一個(gè)高峰。 我國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)發(fā)展前景廣闊，預(yù)計(jì)未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間都將保持高速發(fā)展，同時(shí)盈利能力也將隨著技術(shù)的逐漸成熟穩(wěn)步提升。雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)包括繞線式異步發(fā)電機(jī)、變頻器和控制環(huán)節(jié) ,其定子繞組直接接入電網(wǎng) ,轉(zhuǎn)子采用三相對(duì)稱繞組 ,經(jīng)背靠背的雙向電壓源變頻器與電網(wǎng)相連 ,給發(fā)電機(jī)提供交流勵(lì)磁 ,勵(lì)磁頻率即為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻 率。風(fēng)力發(fā)電與常規(guī)能源發(fā)電 (比如火電、水電和核電 ) 相比 ,主要區(qū)別如下 ： (1) 由于風(fēng)力的隨機(jī)性和間歇性 ,風(fēng)電場(chǎng)的有功輸出亦具有隨機(jī)性 ,大小取決于風(fēng)速的變比 ,而常規(guī)能源的有功輸出和無(wú)功輸出都可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。但對(duì)小容量的電網(wǎng)而言 ,風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)瞬間將會(huì)造成電網(wǎng)電壓的大幅度下跌 ,從而影響接在同一電網(wǎng)上的其他電器設(shè)備的正常運(yùn)行 ,甚至?xí)绊懙秸麄€(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全 。異步發(fā)電機(jī)在發(fā)生近距離三相短路故障時(shí)不能提供持續(xù)的故障電流 ,在不