【正文】 網(wǎng) 這種并網(wǎng)方法是在異步發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)之間通過(guò)每相串入一只雙向晶閘管連接起來(lái)，三相均有晶閘管控制，雙向晶閘管的兩端與并網(wǎng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)的動(dòng)合觸頭并聯(lián)。過(guò)大的沖擊電流，有可能使發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)連接的主回路中的自動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；而電網(wǎng)電壓的較大幅 度下降，則可能會(huì)使低壓保護(hù)動(dòng)作，從而導(dǎo)致異步發(fā)電機(jī)根本不能并網(wǎng) 。 風(fēng)力發(fā)電 并網(wǎng) 的 方法 自從上世紀(jì)以來(lái)，學(xué)術(shù)界已經(jīng)提出了有很多種風(fēng)能并網(wǎng)方案并且應(yīng)用在實(shí)際的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)建設(shè)中。目前 PWM變換器的研究熱點(diǎn)較多集中在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)相應(yīng)迅速的電壓型 PWM整流器上 ， 為了實(shí) 現(xiàn)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)的控制，必須控制網(wǎng)側(cè)電流相位， 傳統(tǒng)的電網(wǎng)電壓定向控制通常采用雙閉環(huán)級(jí)聯(lián)控制結(jié)構(gòu)：電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)。而且可根據(jù)風(fēng)速改變風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，保持上網(wǎng)頻率不變，提高了風(fēng)能利用率，還可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)并網(wǎng)。 針對(duì)定速型鼠籠發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)方案開(kāi)始采用。與 20xx 年累計(jì)裝機(jī) 萬(wàn) kW 相比， 20xx 年累計(jì)裝機(jī)增長(zhǎng)率為 %。報(bào)告聲明這份文件不是預(yù)測(cè)，而是從世界風(fēng)能資源、世界電力需求的增長(zhǎng)和電網(wǎng)容量、風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)和潛在的增長(zhǎng)率、與核電和大水電等其他電源技術(shù)發(fā) 展歷程的比較以及減排 CO2 等溫室氣體的要求，論證了風(fēng)電達(dá)到世界電量 12%的可能性?？梢宰龅斤L(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)的直接禍合，省去變速箱，減少了維護(hù)問(wèn)題，由此可以提高可靠性，減小系統(tǒng)噪聲，降低維護(hù)成本，而且風(fēng)機(jī)可以在低風(fēng)速狀態(tài)下運(yùn)行，風(fēng)能利用率高，因此具有很大發(fā)展前景。而當(dāng)今變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)有以下兩種電機(jī) :雙饋電機(jī)和永磁同步電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以分為兩大類(lèi)，恒速恒頻和變速恒頻。從 1981年到 1995 年，風(fēng)電成本由 歐 分 /kWh 下降到 歐分 /kWh，減少了 2/3。隨著槳葉空氣動(dòng)力學(xué)、材料、發(fā)電機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)和控制技 術(shù)的飛速 發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展極為迅速，單機(jī)容量從最初的數(shù)十千瓦級(jí)發(fā)展到最近進(jìn)入市場(chǎng)的兆瓦級(jí)機(jī)組 ?？梢灶A(yù)計(jì) :可再生能源大規(guī)模應(yīng)用將是 21 世紀(jì)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展進(jìn)步的一個(gè)重要標(biāo)志。隨著風(fēng)力發(fā)電容量的不斷增大，控制方式從基本單一的定槳距失速控制向全槳葉變距控制和變速控制發(fā)展。 I 摘 要 風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，在當(dāng)今能源短缺的情況下，變的越來(lái)越重要。 風(fēng)力發(fā)電起源于 20 世紀(jì) 70 年代，技術(shù)成熟于 80 年代，自 90 年代以來(lái)風(fēng)力 發(fā)電進(jìn)入了大發(fā)展階段。為此，研究和開(kāi)發(fā)潔凈可再生能源 (如太陽(yáng)能、風(fēng)能等 )已提到議事日程。在政府對(duì)風(fēng)力發(fā)電研究開(kāi)發(fā)的大力支持下，許多發(fā)達(dá)國(guó)家如德國(guó)、丹麥、美國(guó)和瑞典都開(kāi)始了大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研制，風(fēng)力發(fā)電機(jī)也從早期的蓄電池充電方式向并 網(wǎng)型發(fā)展。 隨著風(fēng)電技術(shù)的進(jìn)步，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)功率大幅增加，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展，風(fēng)電成本呈急劇下降的趨勢(shì)，開(kāi)拓了高技術(shù)能源領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。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)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，進(jìn)而通過(guò)增速器驅(qū)動(dòng)發(fā) 電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。這些系統(tǒng)都有自己的特點(diǎn)，可以適用于不同場(chǎng)合。可調(diào)節(jié)無(wú)功功率 。 20xx 年歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)（ EWEA）與綠色和平組織（ Greenpeace International）發(fā)表了一份標(biāo)題為 “風(fēng)力 12（ Wind Force 12） ”的報(bào)告，勾畫(huà)了風(fēng)電在 2020年達(dá)到世界電量 12%的藍(lán)圖。分布在 15 個(gè)省（市、自治區(qū)、特別行政區(qū)），它們按裝機(jī)容量排序如表 3 所示。首先，由于這種風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速是恒定的，在不同的風(fēng)速下難以獲得合適的尖速比，導(dǎo)致截獲風(fēng)能的效率降低；其次，齒輪箱在風(fēng)況和環(huán)境變化中承受變荷沖擊、懸殊溫差，維修保養(yǎng)的成本很高，成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的軟肋環(huán)節(jié)；另一個(gè)缺點(diǎn)是異步感應(yīng)電機(jī)需要從電網(wǎng)吸收滯后的無(wú)功勵(lì)磁功率，功率因數(shù)低，需要附加額外的無(wú)功補(bǔ)償裝置。盡管由于直接耦合，永磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速很低，使發(fā)電機(jī)體積大、成本高，但免去了齒輪箱，使其具有了傳統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組所不具備的許多優(yōu)勢(shì)，整個(gè)系統(tǒng)的成本也降低了。而 PWM變換器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)決定了系統(tǒng)的性能好壞。因此必須在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端增加一個(gè)電力電子裝置的功率接口，將電壓和頻率均隨機(jī)變化的電能變換成電壓、頻率、諧波、相角和功率因數(shù)都符合電網(wǎng)要求的交流電能，再與公用電網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增大，這種沖擊電流對(duì)發(fā)電機(jī)自身部件的安全及對(duì)電網(wǎng)的影響也愈加嚴(yán)重。我國(guó)引進(jìn)的 200KW異步發(fā)電機(jī)組，就是采用這種并網(wǎng)方式，并網(wǎng)發(fā)電機(jī)每相繞組與電網(wǎng)之間皆串接有大功率電阻。與此種軟并網(wǎng)連接方式相對(duì)應(yīng)的另一種軟并網(wǎng)連接方式是在異步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間通過(guò)雙向晶閘管直接連 接，在晶閘管兩端沒(méi)有并接旁路并網(wǎng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)，雙向晶閘管既在并網(wǎng)過(guò)程中起到控制沖擊電流的作用，同時(shí)又作為無(wú)觸頭 9 自動(dòng)開(kāi)關(guān)，在并網(wǎng)后繼續(xù)存在于主回路中，這種軟并網(wǎng)方連接方式可以省去一個(gè)并網(wǎng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)，因而控制回路較為簡(jiǎn)單，而且避免了有觸頭自動(dòng)開(kāi)關(guān)觸頭彈跳、沾著及磨損等現(xiàn)象，可以保證較高的開(kāi)關(guān)頻率。通過(guò)晶閘管軟并網(wǎng)法將風(fēng)力驅(qū)動(dòng)的異步發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)是目前國(guó)內(nèi)外中型及大型號(hào)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中普遍采用的。當(dāng)風(fēng)機(jī)達(dá)到切入風(fēng)速的時(shí)候，風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電能經(jīng)過(guò)整流、 調(diào)壓、逆變后饋入電網(wǎng)。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)較慢，由于 11 風(fēng)機(jī)與發(fā)電機(jī)是直接耦合的，中間沒(méi)有采用增速齒輪箱，因此發(fā)電機(jī)輸出的電壓比較低，在中間加入直流升壓環(huán)節(jié)后，整流后得到的低的直流電壓通過(guò)直流升壓就可以在系統(tǒng)的直流側(cè)獲得較高的直流電壓，滿(mǎn)足逆變電路的正常工作，使得系統(tǒng)可以在風(fēng)速較低時(shí)也能將電能送入電網(wǎng)。如圖 32所示為并網(wǎng)逆變器主電路框圖： 直驅(qū)式交流永磁同步發(fā)電機(jī)三項(xiàng)不可控整流橋直流變換電路 三項(xiàng)逆變電路電網(wǎng) 圖 32 并網(wǎng)逆變器主電路結(jié)構(gòu) 13 系統(tǒng)中采用直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)三相不可控整流橋整流為直流后，送入到直流變換電路中。并網(wǎng)逆變器主電路分為 PFC功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)和 DC／ AC逆變環(huán)節(jié)兩部分。各二極管均在自然換相點(diǎn)處換相，自然換相點(diǎn)既是相電壓的交點(diǎn)，同時(shí)也是線電壓的交點(diǎn)。此外采用 Boost電路可實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正 (PFC)功能(功率因數(shù)可以達(dá)到 ～ )。 逆變電路的設(shè)計(jì) 逆變電路中，我們選用的是三相全橋逆變電路，如果用作單相逆變器時(shí)，不 驅(qū)動(dòng)其中一個(gè)橋臂即可。IGBT的 MOS溝道受柵極驅(qū)動(dòng)電壓的直接控制，而 MOSFET部分的漏極電流又著 雙極部分的基極電流，使得 IGBT的開(kāi)通特性主要決定于它的 MOSFET部分 ，所 以 IGBT得開(kāi)通受柵極驅(qū)動(dòng)波形的影響較大。 在正常狀態(tài)下 IGBT開(kāi)通越快，開(kāi)通損耗也越小。柵極串聯(lián)電阻小有利于加快關(guān)斷速度和減小關(guān)斷損耗，也有利于避免 關(guān)斷 時(shí)集電極電壓的 du/dt造成 IGBT誤開(kāi)通。過(guò)電壓的值由下式得出： 220 /M d d dU U U L I C U U? ? ? ? ? ? (35) 18 式中 U? 一一過(guò)電壓的值 (V) MU 一一電壓的峰值 (V) dU 一一電源電壓 (V) L 一一回路的雜散電感 (tt) OI 一一回路關(guān)斷前的電流 (A) C 一一 吸收電容器的電容量 (F) 式 (35)中的 dU 、0I由電路的運(yùn)行條件決定，故影響電壓的主要因素 是回 路的雜散電感 L。采用這種結(jié)構(gòu)的三相逆變電路所用元器件比較多，適用于高壓大容量的逆變器。 UAUBUCH O 1L O 1H O 2L O 2H O 3L O 3C 1 6 7 C 1 6 8 C 1 6 9C 1 7 0 C 1 7 1 C 1 7 2T1 T3 T5T6T2T4+1 / 2 V D+1 / 2 V DO 圖 36 三相逆變器主電路 但這種逆變器每個(gè)開(kāi)關(guān)器件在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中僅通、斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換一次，輸出線電壓每半周中僅一個(gè)脈波電壓 (120186。 三相 SPWM 發(fā)生器 SA866AE 簡(jiǎn)介 功能特點(diǎn) SA866是專(zhuān)為 產(chǎn)生 SPWM設(shè)計(jì)的一款集成電路。它還可以提供兩種 V／ F曲線：恒轉(zhuǎn)矩的 V／ F線和負(fù)補(bǔ)償?shù)?v／ F線，后者即針對(duì)風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載而設(shè)。 IMON為過(guò)流信號(hào)輸入端，升速過(guò)程中端電平若大于 2． 5V，內(nèi)部過(guò)流保護(hù)就動(dòng)作，不再繼續(xù)升速，直到過(guò)流信號(hào)消失才繼續(xù)升速。在 SCL的下降沿到來(lái)后，SA866A肌步輸出 EEPROM的控制字 (在隨后的上升鎖存入 EEPROM)，再次 SCL的上升沿到來(lái)后， EEPROM同步輸出地進(jìn)制工作，參數(shù)的真位，在時(shí)這種的下降沿鎖存入 SA866AE。 P B 01P B 12P B 23P B 34P B 45P B 56P B 67P B 78R ES ET9V C C10G ND11X TA L212X TA L113P D 014P D 115P D 216P D 317P D 418P D 519P D 620P A 040P A 139P A 238P A 337P A 436P A 535P A 634P A 733A R E F32G ND31A VC C30P C 729P C 628P C 527P C 426P C 325P C 224P C 123P C 022P D 721A TM E GA 8 圖 43 Atmega8 VCC 數(shù)字電路的電源 ,GND 地。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。一片 EEPROM可同時(shí)存放四頁(yè)參數(shù) (接線方式如圖 42)，改變 PAGE0、 PAGEl兩腳的電平就可決定采用哪一頁(yè)參數(shù)，如表 41所示。 (3)控制及輸出 SETPOINT 決定穩(wěn)定運(yùn)行頻率， RACC、 RDEC決定加速減速的快慢，也可用來(lái)選擇 6種工作模式中的一種。所有需定義的參數(shù)如載波頻率、死區(qū)時(shí)間、最小脈寬、調(diào)制波形、 V／ F曲線 。在輸出電壓的每一個(gè)周期中，各開(kāi)關(guān)器件通、斷轉(zhuǎn)換多次，既可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)、控制輸出電壓的大小，又可消除低次諧波而改善輸出電壓波形。按圖 26中依序標(biāo)號(hào)的開(kāi)關(guān)器件其驅(qū)動(dòng)信號(hào)彼此間相差 60。其 工作軌跡接近安全工作區(qū)的邊沿，使 IGBT產(chǎn)生較大的開(kāi)關(guān)損耗，由于本系統(tǒng)較小，頻率也不是很高，所以可以滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。為了保持相同的驅(qū)動(dòng)脈沖前后沿速率 ,對(duì)于 電流容量較大的 IGBT元件，應(yīng)提供較大前后沿充電電流。利用此技術(shù)，開(kāi)通過(guò)程中的峰值電流可以通過(guò) 改變 柵極串聯(lián)電阻控制在任意的值。 它們影響著驅(qū)動(dòng)波形的上升、下降速率。 IGBT的等效電路如圖 35所示，若在 IGBT的柵極和發(fā) 射極 之間加上驅(qū)動(dòng) 16 正電壓，則 M0SFET導(dǎo)通，這樣 PNP晶體管的集電極與基極之間阻狀態(tài)而使得晶體管導(dǎo)通；若 IGBT的柵極和發(fā)射極之間電壓為 0V，則 MOSFET截 止，切斷PNP晶體管基極電流的供給，使得晶體管截止。 圖 34 Boost直流電路結(jié)構(gòu) 分析該升壓斬波電路的工作原理， 如圖 34所示， 首先假設(shè)電感 L值和電容C值很大。該整流電路具有如下的特點(diǎn) :(1)在每個(gè)時(shí)刻均需 2個(gè)二極管同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，其中一個(gè)二極管是共陰極組的，一個(gè)是共陽(yáng)極組的，且不能為同一 相的 二極管。 DC/DC直流電路的主要作用是調(diào)節(jié)直流輸出電壓，滿(mǎn)足后級(jí)逆變電路的工作要求和完成功率因數(shù)校正功能，提高并網(wǎng)逆變器的功率因數(shù)并抑制諧波。當(dāng)風(fēng)速較低的時(shí)候。 F1D5 D6 D7D2 D3 D4C 5 1L7L6L5iaicibUAUBUCL1 L2D8S1R58R60R59Q4T5T R A N S 1H O 1L O 1H O 2L O 2H O 3L O 3 R 2 7 R 2 8 R 2 9C 2 8 C 2 9 C 3 0C 7 9 C 8 0 C 8 2C 7 8 C 7 7 C 8 1gbC O M 1 C O M 2 C O M 3V S 1 V S 2 V S 3T1 T3 T5T4 T2 T6+C 7 5+C 7 6 圖 31 風(fēng)力發(fā)電 并網(wǎng)主電路 如圖 31所示，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)由直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)、卸荷器、并網(wǎng)逆變器等設(shè)備組成。直流變換電路的主要作用是調(diào)節(jié)直流輸出電壓，滿(mǎn)足逆變電路的工作要求和完成功率因數(shù)校正，提高并網(wǎng)逆變器的功率因數(shù)并抑制諧波。這種并網(wǎng)方案的特點(diǎn)是在發(fā)電機(jī)側(cè)和電網(wǎng)側(cè)分別加入脈沖整流器，在低風(fēng)速的情況下，發(fā)電機(jī)輸出 的交流電壓經(jīng)過(guò)電機(jī)側(cè)脈沖整流器升壓后，可以滿(mǎn)足電網(wǎng)側(cè)脈沖整流器的正常工作。目前在晶閘管軟并網(wǎng)方法中，根據(jù)晶閘管的通斷狀況，觸發(fā)電路有移相觸發(fā)和過(guò)零觸發(fā)兩種方式。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí) (約為99％～ 100％同步轉(zhuǎn)速 )，雙向晶閘管的控制腳同時(shí)由 180度到 0度逐漸同步打開(kāi)；與此同時(shí)，雙向晶閘管的導(dǎo)通角則同時(shí)由 0度到 180度逐漸增大，此時(shí)并網(wǎng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)未動(dòng)作，動(dòng)合觸頭未閉合，異步發(fā)電機(jī)即通過(guò)晶閘管平穩(wěn)的并入電網(wǎng)；隨