【正文】 、電流進(jìn)行信號(hào)采樣。其主。 分流器相當(dāng)于功率較大的采樣電阻，應(yīng)用時(shí)串聯(lián)在主回路中而從其兩端輸出小的電壓信號(hào)，對應(yīng)分流器的額定電流一般輸出為 75mA。 05V 的直流輸入電壓信號(hào)，可以控制輸出脈沖的移相從 5175 度可調(diào)。 (2)為了保證電路起始工作時(shí)兩個(gè)晶閘管能夠同時(shí)導(dǎo)通，并且在并網(wǎng)時(shí)控制角較大時(shí)，仍能保證不同相的上下橋臂的兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，本系統(tǒng)采用寬脈沖 (60176。 MAX5154 是雙通道， 12 位分辨率，電壓輸出的 D/A 轉(zhuǎn)換器，每路 DAC 都由輸入寄存器和 DAC 寄存器組成的雙緩沖輸入。還可設(shè)置成單極性 或雙極性輸出電壓。 通過將 8 位 RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的 Flash 集成在一個(gè)芯片內(nèi)， ATmega16 成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案 。 ATmega16 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和 32 個(gè) 通用工作寄存器。因此選取 I*=500A[6]。 UM=()U2=(700790)V (216) 取 UM=750V 2)額定通流容量應(yīng)大于電路工作時(shí)實(shí)際出現(xiàn)的浪涌電流值，可選取 510(KA) [13]。例如本文系統(tǒng)中情況根據(jù)晶閘管的電壓、電流容量、可以得到 R、 C 的經(jīng)驗(yàn)值 : R=35Ω， C= 電阻的功率 : 2R cm P fUU? (213) 式中， f 為晶閘管換流頻率， 因?yàn)榫чl管為三相橋式連接，電源頻率為 50Hz， f=100Hz。所以 T U 21 .5 ( 91 0 12 10 )U K U V? ? ? ? ? (29) 故 UT=1200V。 在本文系統(tǒng)中并網(wǎng)側(cè) 有源逆變器連接是三相橋式電路，原邊接到電網(wǎng)上，副邊接在逆變器的輸出，所以可以得到原邊電壓為 220V交流，副邊電壓為 15V 交流，由于直流母線上電壓為 690V，母線上限流電阻為 10Ω，有前面給出的公式可以算出變壓器副邊電流 I2=，變壓器副邊容量 2 2 26U ?S I K VA?? （ 27） 由于變壓器副邊接有晶閘管逆變器，因此副邊繞組上的電壓是非正弦的，注入變壓器的諧波分量較嚴(yán)重。α90176。 ⑵ 對于輸入電源的整流環(huán)節(jié)也是個(gè)濾波作用，在電抗器的電感量足夠大的情況下，保證回路電流的平直。 整流器的控制 :將直流側(cè)電壓取樣反饋，通過 ADC 變換器得到數(shù)字值與給定參考電壓比較，比較誤差作為電壓控制器的輸入，只有當(dāng)電壓值大于母線過載電壓時(shí)整流器才動(dòng)作，這是電壓控制的基本結(jié)構(gòu)。如果逆變角 β小于換流重疊角 γ，則當(dāng)經(jīng)過自然換流點(diǎn)后，該截止的晶閘管仍繼續(xù)導(dǎo)通，從而使 Ud 改變極性造成回路短路，出現(xiàn)逆變顛覆 [5]。關(guān)風(fēng)力發(fā)電機(jī)晶閘管并網(wǎng)逆變器的研究 12 斷元件中的電流也不是由 Id 瞬時(shí)下降 為零，而完成這些過程需要一定的時(shí)間。以考慮觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時(shí)間誤差。s:對應(yīng)的 角度 θ=4176。 (3)交流電源發(fā)生故障，如缺相、電源突然失電。反饋功率和逆變角 β的關(guān)系如圖 22 所示 : 圖 22 反饋功率和逆變角 β的關(guān)系 P β /2 /3 /6 風(fēng)力發(fā)電機(jī)晶閘管并網(wǎng)逆變器的研究 11 由圖可知，在調(diào)節(jié)逆變角調(diào)節(jié)功率時(shí)，存在一個(gè)最大反饋功率值時(shí)的逆變角，從上式也可知該函數(shù)為 cosβ的 二次函數(shù)，存在最大值。和整流電路一樣，每個(gè)晶閘管 觸發(fā)導(dǎo)通前有另一晶閘管正在導(dǎo)通，對于電流型電路，為了確保任何時(shí)刻上下兩組晶閘管都有導(dǎo)通器件，有兩種脈沖形式可以滿足要求 :一種是采用寬度大于 60176。由于其是將一定幅值和頻率的交流電轉(zhuǎn)換為另一幅值和頻率的交流電，因此，有交交變流和交直交變流電路 兩種結(jié)構(gòu)。 圖 14 二極管整流 +晶閘管有源逆變電路 晶閘管整流 +晶閘管有源逆變 優(yōu)點(diǎn) :可控整流，有效保護(hù)直流側(cè)過載，缺點(diǎn) :與不可控整流一樣，在發(fā)電機(jī)輸出電壓低于電網(wǎng)電壓 (低風(fēng)速 )時(shí)無法將 能量饋入電網(wǎng)。所以這類風(fēng)機(jī)的定子必須通過一臺(tái)全功率的變頻器連接到電網(wǎng)。變速雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，同樣屬于異步發(fā)電機(jī)。 (4) 風(fēng)電場運(yùn)行對電網(wǎng)頻率的影響 在系統(tǒng)頻率方面 ,風(fēng)電場的影響取決于風(fēng)電場容量占系統(tǒng)總?cè)萘康谋壤ｏL(fēng)機(jī)的桿塔遮蔽效應(yīng)使風(fēng)電機(jī)組輸出功率存在周期性的脈動(dòng)。 并網(wǎng)存在的主要問題 (1) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)過程對電網(wǎng)的沖擊 異步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)條件是頻率和電壓要與電網(wǎng)一致。特別是雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī) ,不僅改善了風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行性能 ,而且大大降低了變頻器的容量 ,至今已逐漸發(fā)展成風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的主流。 大型并網(wǎng)風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)的現(xiàn)狀及主要問題 并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可分為恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。累積裝機(jī)容量達(dá)到 2580 萬千瓦，超過德國，位列全球第二。 我國風(fēng)電發(fā)展概況 我國現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)的開發(fā)利用起源于 20 世紀(jì) 70 年代初。截止 2020 年底，全球風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)到 億。 2020 年全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在去年全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的沖擊下逆勢上漲 31％，新增裝 機(jī)容量為 萬兆瓦，將總裝機(jī)容量推升至 萬兆瓦。多兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組在近海風(fēng)電場的商業(yè)化運(yùn)行是風(fēng)能利用的新趨勢。 20 晶閘管通用觸發(fā)電路 CA6100 20 D/A 轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的光電接口電路 19 DAC 轉(zhuǎn)換器 17 3 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) .................................................................................................................. 18 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 有源逆變器的系統(tǒng)構(gòu)成 3 風(fēng)電場與常規(guī)能源電廠主要區(qū)別 2 大型并網(wǎng)風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)的現(xiàn)狀及主要問題 1 我國風(fēng)電發(fā)展概況 1 風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀 最后本文就晶閘管變流器的最大問題諧波和無功做出了詳細(xì)的分析 ，并提出了諧波和無功的補(bǔ)償辦法。然后對晶閘管有源逆變器的主電路以及各器件參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和逆變器電磁兼容的設(shè)計(jì)，并介紹基于數(shù)字PID的控制系統(tǒng)的數(shù)字流程圖。 4 并網(wǎng)存在的主要問題 7 本章小結(jié) 9 基本數(shù)量關(guān)系 18 控制系 統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 24 PID 算法 27 增量式 PID 算法程序流程圖 33 系統(tǒng)中軟件抗干擾的措施 35 5 諧波抑制與無功補(bǔ)償 .......................................................................................................... 36 無功及諧波的危害 40 本章小結(jié) ⑵ 海上風(fēng)電悄然興起 海上有豐富的風(fēng)能資源和廣闊平坦的區(qū)域 ,使得近海風(fēng)電技術(shù)成為近來研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。到現(xiàn)在只剩下以水平軸﹑上風(fēng)向﹑三葉片的機(jī)組為主，其中又有定槳距和變槳距風(fēng)輪，定轉(zhuǎn)速和變轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)，有齒輪箱和無齒輪箱等幾種。據(jù)預(yù)測，未來五年，全球風(fēng)電仍將保持 20％以上的增長速度。多種多樣的優(yōu)惠政策促進(jìn)了各國風(fēng)力發(fā)電的快速發(fā)展。 2020 年中國成為第一大風(fēng)電 裝機(jī)市場，新增裝機(jī)容量為 1375 萬千瓦，增長率連續(xù)6 年超過 100％，成為增長速度最快的國家。預(yù)計(jì)到 2020 年，將在新疆﹑甘肅﹑內(nèi)蒙古﹑河北﹑東北以及江蘇沿海等地建立 6 個(gè)千萬千瓦風(fēng)電基地 ，在河北﹑內(nèi)蒙古﹑遼寧等地建立若干百萬千瓦風(fēng)電基地。但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展 ,變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也將進(jìn)一步成熟。 (3) 相對于常規(guī)能源機(jī)組 ,風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量較小 ,大量風(fēng)電機(jī)組并列運(yùn)行是風(fēng)電場的重要特點(diǎn)。 (2) 風(fēng)電場運(yùn)行對電能質(zhì)量的影響 風(fēng)速變化、湍流以及風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng)造成的紊流會(huì)引起風(fēng)電功率的波動(dòng)和風(fēng)電機(jī)組的頻繁啟停 。另一方面 ,盡管風(fēng)力發(fā)電提供的故障電流非常有限 ,但也有可能會(huì)影響現(xiàn)有配電網(wǎng)絡(luò)保護(hù)裝置的正確運(yùn)行。 圖 11 直接并網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖 雙饋并網(wǎng) 針對定速型鼠籠發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)，變速雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)方案開始采用。隨著風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電的頻率也是不斷變化的。 缺點(diǎn) :發(fā)電機(jī)功率因數(shù)低，在發(fā)電機(jī)輸出電壓低于電網(wǎng)電壓 (低風(fēng)速 )時(shí)無法將能量饋入電網(wǎng)。變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的變流電路種類繁多，其電路結(jié)構(gòu)多種多樣，但是其實(shí)現(xiàn)的功能和目標(biāo)都是一樣的，那就是如何將變壓變頻的交流電轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)同頻同相，能與電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)柔性連接的交流電。平波電抗器 L 的電感量如果足夠大，電流為平滑直流。一般情況下，有源逆變器的輸入也是固定的，這時(shí)就只能依靠調(diào)節(jié)逆變角 β來調(diào)節(jié)反饋功率的大小。在應(yīng)該阻斷期間，器件失去阻斷能力，如斷態(tài)重復(fù)峰值電壓裕量不 足 ，正向阻斷期誤導(dǎo)通，造成直流側(cè)電源瞬時(shí)極性相反，也構(gòu)成回路極性串聯(lián)短路，逆變顛覆。一般元件的關(guān)斷時(shí)間 tq=200300181。 3)安全裕量 φ=10176。即導(dǎo)通元件中的電流不是由零瞬時(shí)增大到 Id。/2 (26) 換流 重疊角現(xiàn)象的存在對于逆變運(yùn)行可能帶來不良后果。而整流部分主要是控制母線電壓不過載，即當(dāng)風(fēng)速過大時(shí)發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓會(huì)過大，這時(shí)要增大整流器的整流角 α，使其輸出的母線電壓下降達(dá)到防止母線電壓過載的問題。 平波電抗器 L 有三個(gè)作用： ⑴ 能使直流輸出的電流更加平直，是電路中不可缺少的儲(chǔ)能元件。整流觸發(fā)角限定在 0176。再次，由于變壓器的存在，使發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間只有磁的聯(lián)系，一旦發(fā)電機(jī)部分出現(xiàn)故障，不會(huì)波及電網(wǎng)，故障得以隔離。因此電壓安全系數(shù) KU( 一 )要選取較大的數(shù)值。另外，可以減小電容 C 的放電電流、從而減小晶閘管的開通損耗。 壓敏電阻選用時(shí)，主要考慮其兩個(gè)特性參數(shù) : 1)標(biāo)稱電壓 UM 應(yīng)大于電路正常工作時(shí)其兩端電壓的峰值。 選取原則 : KiII*I (217) 式中 Ki為晶閘管電流安全系數(shù) ； I 為實(shí)際工作電流的有效值。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間， ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 1 MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。在更新應(yīng)用 Flash存儲(chǔ)區(qū)時(shí)引導(dǎo) Flash 區(qū) (Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了 RWW 操作。 DAC轉(zhuǎn)換器 圖 32 MAX5154 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 MAX5154 內(nèi)部的運(yùn)算放大器增益可以設(shè)置成 1 或 2。該芯片具有功耗低，抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，廣泛適用于工業(yè)過程控制、自動(dòng)測試、智能儀器儀表等領(lǐng)域。 CA6100 為了保證三相橋式晶閘管主電路的正常工作，晶閘管的觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求 : (1)在三相電路中，必需上下橋臂至少要有一相晶閘管導(dǎo)通，否則不能構(gòu)成電流的通路。 CA6100 電路是以 40 芯 CMOS 大規(guī)模集成電路 (專用芯片 )為核心，利用鎖相環(huán)技術(shù)(PLL)和多芯片合成技術(shù) (MCM)，根據(jù)壓控振蕩器 (VCO)鎖定的三相同步信號(hào)間的邏輯關(guān)系設(shè)計(jì)出的一種晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)。 在許多實(shí)際系統(tǒng)中，主電路的電流數(shù)值較大，為便于測量和控制，就需要將大電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為小電流信號(hào)，常用的元器件有分流器、霍爾電流傳感器和電流互感器