全功率變流器風(fēng)電機(jī)組的工作原理及控制策略(完整版)
【正文】 一樣的電容串聯(lián)組成，電容的中點(diǎn)作為變換器的箝位點(diǎn)， 由網(wǎng)側(cè)變換器保持直流側(cè)兩個(gè)電容的電壓均衡。電網(wǎng)側(cè)PWM變流器通過調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)的dq軸電流，保持直流側(cè)電壓穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)有功和無功的解耦控制，控制流向電網(wǎng)的無功功率，通常運(yùn)行在單位功率因數(shù)狀態(tài)，還要提高注入電網(wǎng)的電能質(zhì)量。使用EESG相比使用PMSG的優(yōu)勢(shì)在于，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流可控，可以控制磁鏈在不同功率段獲得 最小損耗；而且不需要使用成本較高的永磁材料，也避免了永磁體失磁的風(fēng)險(xiǎn)，Enercon公司主要經(jīng)營(yíng)這類產(chǎn)品。 （3）直驅(qū)永磁中間轉(zhuǎn)子盤式風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)盤式永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子都呈平面圓盤結(jié)構(gòu)，定子與轉(zhuǎn)子軸向交替排列，這里介紹中間轉(zhuǎn)子盤式發(fā)電機(jī)。由于盤式發(fā)電機(jī)通過定子繞組的的磁力線是軸向走向，在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)是繞軸運(yùn)行的，所以定子的硅鋼片是繞制的，在兩側(cè)有繞組的嵌線槽。（1）直驅(qū)式外轉(zhuǎn)子永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu) 外轉(zhuǎn)子電機(jī)的特點(diǎn)是定子在靠軸中間不動(dòng)，轉(zhuǎn)子在外圍旋轉(zhuǎn)。當(dāng)=1時(shí)，定子的電流最小，這種情況稱為負(fù)載時(shí)的正常勵(lì)磁。功率角的物理意義可以從時(shí)間和空間兩個(gè)角度來進(jìn)行理解。和之間的夾角叫做功率角。因此三相電勢(shì)也在時(shí)間上相差120176。同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子基木上是一個(gè)大的電磁鐵。根據(jù)所選的控制策略，電網(wǎng)側(cè)變換器也用來控制功率因數(shù)或支持電網(wǎng)電壓。齒輪箱變速比的增加，給兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組變速箱的設(shè)計(jì)和制造提出了挑戰(zhàn)。風(fēng)電機(jī)組功率及變速箱變速比增大時(shí)，其尺寸、重量及摩擦磨損也在增加。發(fā)電系統(tǒng)使用的同步發(fā)電機(jī)絕大部分是三相同步發(fā)電機(jī)。磁極有凸極和隱極兩種結(jié)構(gòu)。電角度。隱極同步發(fā)電機(jī)的等效電路與簡(jiǎn)化的向量圖攻角特性：在忽略電樞電阻的情況下，根據(jù)電機(jī)學(xué)理論，同步發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率等于輸出的有功功率其中，為發(fā)電機(jī)的相數(shù)。對(duì)于發(fā)電機(jī)而言，是勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)超前于端電壓的時(shí)間角；從空間上，可看作轉(zhuǎn)子磁極軸線與電樞等效合成磁極軸線之間的空間角。在正常勵(lì)磁基礎(chǔ)上增加勵(lì)磁電流，稱為過勵(lì)。在下圖中展示了內(nèi)定子的構(gòu)造，內(nèi)定子由硅鋼片疊成，與常見的外定子相反，其線圈槽是開在鐵芯圓周的外側(cè)。 在定子線槽內(nèi)分布著定子繞組，按三相布置連接。下圖是一個(gè)盤式定子，由于盤式發(fā)電機(jī)的通過定子繞組的磁力線是軸向走向，在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)是繞軸運(yùn)行的，所以定子的硅鋼片是繞制的，在一側(cè)有繞組的嵌線槽。但是EESG需要為勵(lì)磁繞組提供空間，會(huì)使電機(jī)尺寸更大，轉(zhuǎn)子繞組直流勵(lì)磁需要滑環(huán)和電刷。背靠背雙PWM變流器是目前風(fēng)電系統(tǒng)中常見的一種拓?fù)?，?guó)內(nèi)外對(duì)其研究較多，主要集中在變流器建模、控制算法以及如何 提高其故障穿越能力等方面。這種結(jié)構(gòu)在風(fēng)電中的應(yīng)用目前已經(jīng)比較成熟，對(duì)其的研究很多，主要集中在控制策略的優(yōu)化上。由于在后面對(duì)電網(wǎng)側(cè)變流器進(jìn)行控制時(shí)，要求它保持直流側(cè)電壓穩(wěn)定，因此直流側(cè)電容器的充放電對(duì)有功功率的影響很小。當(dāng)電網(wǎng)側(cè)變流器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)， 式()。當(dāng)=90176?！?0176。第相（）的開關(guān)函數(shù)表達(dá)式為 （），根據(jù)基爾霍夫電壓和電流定律，可以寫出以下方程（）式中，C為直流測(cè)電容，為負(fù)載電流。電網(wǎng)側(cè)變流器的矢量控制式（）表明，調(diào)節(jié)電網(wǎng)側(cè)變流器交流側(cè)電流的d、q分量，就可以分別控制變流器輸入到電網(wǎng)的有功功率和無功功率。對(duì)q軸電流(無功電流)的控制則只需采用單閉環(huán)結(jié)構(gòu)：由設(shè)定的無功功率值經(jīng)過簡(jiǎn)單處理可得到無功電流的給定值，將該值作為q軸電流環(huán)的給定，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無功功率的調(diào)節(jié)。圖中，為直流側(cè)電壓給定，為變流器輸入到電網(wǎng)的無功功率給定值。從雙PWM變流器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可知，當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出的有功功率大于變流器輸入到電網(wǎng)的有功功率時(shí)，多余的有功功率會(huì)給電容充電使直流側(cè)電壓升高；反之，則會(huì)降低。則變流器交流側(cè)各相對(duì)電網(wǎng)中性點(diǎn)的電壓分別為 （）根據(jù)平均狀態(tài)空間法，可知在一個(gè)調(diào)制周期內(nèi)應(yīng)有
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