【正文】 形狀也不同，圖 311（ b） 給出的就是阻感負載時的 0i 波形 。設 1t 時刻以前 1S 、 4S 導通， 0u 和 0i 均為正。在 1t 時刻斷開 1S 、 4S ，同時合上 2S 、 3S ，則 0u 的極性立刻變?yōu)樨?。但是，因為負載中有電感，其電流方向不能立刻改變而仍維持原方向。這時負載電流從直流電流源負極流出，經(jīng) 2S 負載和 3S 流回正極，負載電感中儲存的能量想直流電源反饋，負載電流逐漸減小，到 2t 時刻將為零，之后 0i才反向并逐漸增大。 2S 、 3S 斷開， 1S 、 4S 閉合時的情況類似。 電壓型逆變電路的特點 （ a） 直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。 （ b） 由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。 （ c） 當交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖 無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。 三相電壓型逆變電路原理 在三相逆變電路中，應用最廣泛的還是三相橋式逆變電路。用三個單向逆變電路可以組成一個三相逆變電路。采用 IGBT 作為開關器件的電壓型三相橋式逆變電路如圖312 所示，可以看成由三個半橋逆變電路組成。 圖 312 電路的直流側(cè)通常只有一個電容器就可以了，但為了分析方便，畫作串聯(lián)的兩個電容器并標出了假想中點 ‘N 。電壓型三相橋式逆變電路的基本工作方式是 180176。導電方式，即每個橋臂的導電角度為 180176。，同一相（即同一半橋）上下兩個橋臂交替導電，各相開始導電的角度依次相差 120176。這樣，在任一瞬間，將有三個橋臂同時導通?？赡苁巧厦嬉粋€臂下面兩個臂，也可能是上面兩個臂下面一個臂同時導通。因為每次換流都是在同一相上下兩個橋臂之間進行的，因此也被稱為縱向換流。 陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 22 2dU2dU 1V 5V2V6V4V3V6VD4VD 2VD1VD 3VD 5VD N39。N?? U V W 圖 312 三相電壓型逆變電路 下面來分析電壓型三相橋式逆變電路的工作波形。對于相輸出來說，當 橋臂 1 導通時， 2dNU Uu ?? ，當橋臂 4 導通時， 239。 dUN Uu ??。因此，39。UNu的波形是幅值為 2dU 的矩形波。 V、 W 兩相的情況和 U類似，39。VNu、39。WNu的波形形狀和39。UNu相同，只是相位依次差 120176。39。UNu、39。VNu、39。WNu的波形如圖 313 的 （ a） 、 （ b） 、 （ c） 所示。 負載線電壓 UVu 、 VWu 、 WUu 可由下式求出 ???????????39。39。39。39。39。39。UNWNWUWNVNVWVNUNUVuuuuuuuuu (37) 圖 313（ d） 是依照上式畫出的 UVu 波形。 設負載 中點 N 與直流電源假想中點 39。N 之間的電壓為39。NNu，則負載各相的相電壓分別為 (38) 把上面各式相加并整理可求得： ? ? ? ?WNVNUNWNVNUNNN uuuuuuu ?????? 3131 39。39。39。39。 （ 39） 設負載為三相對稱負載，則有 0??? WNVNUN uuu ， 故可得 ? ?39。39。39。39。 31 WNVNUNNN uuuu ??? (310) 39。NNu的波形如圖 313（ e） 所示，它也是矩形波，但其頻率為39。UNu頻率的 3 倍，幅值為其 1/3，即為 6dU 。 ???????????39。39。39。39。39。39。UNWNWUWNVNVWVNUNUVuuuuuuuuu850kW 風力發(fā)電供配電系統(tǒng)的研究與設計 23 圖 313（ f） 給出了利用式 (38)和式 (310)繪出的 UNu 的波形， VNu 、 WNu 的波形形狀 和 UNu 相同，僅相位依次相差 120176。 負載參數(shù)已知時，可以由 UNu 的波形求出 U相電流 Ui 的波形。負載的阻抗角 ? 不同， Ui 的波形形狀和相位都有所不同。圖 313（ g） 給出的是阻感負載下 3??? 時 Ui 的波形。上橋臂 1 中的1V 從通態(tài)轉(zhuǎn)換到斷態(tài)時，因負載電感中的電流不能突變，下橋臂 4 中的 4VD 先導通續(xù)流，待負載電流降到零，橋臂 4 中電流反向時， 4V 才開始導通。負載阻抗角 ? 越大， 4VD 導通時間就越長。在 039。 ?NNu時為橋 臂 1 導電的區(qū)間，其中 0U?i 時為 1VD 導通， 0U?i 時為 1V 導通； 039。 ?NNu時為橋臂 4 導電的時間，其中 0U?i 時為 4VD 導通，0U?i 時為 4V 導通。 Vi 、 Wi 的波形和 Ui 形狀相同，相位依次相差120176。把橋臂 5 的電流加起來，就可以得到直流側(cè)電流 di 的波形，如圖 313（ h） 所示?？梢钥闯?， di 每隔 60176。脈動一次，而直流側(cè)電壓是基本無脈動的，因此逆變器從電網(wǎng)側(cè)向直流側(cè)傳送的功率是脈動的，且脈動的情況和 di 脈動 情況大體相同。這也是電壓型逆變電路的一個特點。 圖 313 三相電壓型逆變電路 工作波形 三相橋式 PWM 型逆變電路 圖 314 是三相橋式 PWM 型逆變電路，這種電路都是采用雙極性控制方式。 U、 V和 W 三相的 PWM 控制通常公用一個三角載波 cu ，三相的調(diào)制信號 rUu 、 rVu 和 rWu 依次相差 120176。 U、 V和 W 各相功率開關器件的控制規(guī)律相同，現(xiàn)以 U相為例來說明。當 crU uu ? 時，給上橋臂 1V 以導通信號，給下橋臂 4V 以關斷信號，則 U相相對于直流電源假想中點 ‘N 的輸出電壓為 2u39。UN dU?。當 crU uu ? 時，給 4V 以導通信號，給 1V 以關斷信號，則 2u39。UN dU??。 1V 和 4V 的驅(qū)動信號始終是互補的。當給 ）（ 41 VV 加導通信號時，可能是 ）（ 41 VV 導通，也可能是二極管 ）（ 41 VDVD 續(xù)流導通，這要由阻感負 載重電流的方向來決定。 V相和 W 相的控制方式都和 U相相同。 u UN 39。 0 0000000u VN 39。u WN 39。u UVu NN 39。u UNi Ui dttttttttU d / 2U dU d / 62 U d / 3（ a ）（ b ）（ c ）（ d ）（ e ）（ f ）（ g ）（ h ）陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 24 1V 5V2V6V4V3V6VD4VD 2VD1VD 3VD 5VD N39。N?? U V W??調(diào) 制電 路rUucu rWrVCC2dU2dU圖 314 三相橋式 PWM 型逆變電路 電路的波形如圖 315 所示?？梢钥闯?，39。UNu、39。VNu和39。WNu的 PWM 波形都只有 2dU?兩種電平。圖中的線電壓波形 UVu 的波形可由‘VNUN39。 uu ?得出?？梢钥闯?，當臂 1 和 6導通時， dUu ?UV ，當臂 3和 4導通時， dUu ??UV ，當臂 1和 3或臂 4和 6導通時， 0UV?u 。因此，逆變器的輸出線電壓 PWM 波由 dU? 和 0 三種電平構成。 在電壓型逆變電路的 PWM 控制中，同一相上下兩個臂的驅(qū)動信號都是互補的。但實際上為了防止上下兩個臂直通而造成短路，在上下兩臂通斷切換時要留一小段上下臂都施加關斷信號的死區(qū) 時間。死區(qū)時間的長短主要由功率開關器件的關斷時間來決定。這個死區(qū)時間將會給輸出的 PWM 波形帶來一定影響，使其稍稍偏離正弦波。 850kW 風力發(fā)電供配電系統(tǒng)的研究與設計 25 uuUNuUN39。uVN39。uWN39。uUV000000d2Ud/3d/2Ud/2 Ud/2urUurVurWucωtωtωtωtωtωt 圖 315 三相橋式 PWM 逆變電路波形 陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 26 4 變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的設計 設計說明 變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的一個重要優(yōu)點是可以使風力機在很大風速范圍內(nèi)按最佳效率運行。從風力機的運行原理可知，這就要求風力機 的轉(zhuǎn)速正比于風速變化并保持一個恒定的最佳葉尖速比，從而使風力機的風能利用系數(shù) pC 保持最大值不變，風力發(fā)電機組輸出最大的功率。因此，對變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的要求，除了能夠穩(wěn)定可靠地并網(wǎng)運行之外，最重要的一點就是要實現(xiàn)最大功率輸出控制。 隨著環(huán)保意識的加強以及對于可再生資源的需求，風力發(fā)電技術日益受到重視。由于風能具有不穩(wěn)定性和隨機性，風力發(fā)電機發(fā)出的電能是電壓、頻率隨機變化的交流電，必須采取有效的電力變換措施后才能夠?qū)L電送入電網(wǎng)。為了改進風力發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)的 運行性能，本文采用 交 — 直 — 交 變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)。 同步發(fā)電機交 /直 /交系統(tǒng)的設計 設計框圖 保 護 裝 置功 率 變 化檢 測 器控 制 電 路風 力 機齒 輪 箱同 步 發(fā) 電 機整 流 器 逆 變 器電網(wǎng)檢 測 裝 置控 制 系 統(tǒng) 圖 41 具有最大功率跟蹤的 交 — 直 — 交 風電系統(tǒng)方框圖 圖 41 示出具有最大功率跟蹤的 交 — 直 — 交 風電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行方框圖，采用系統(tǒng)輸出功率作為控制信號，改變晶閘管的觸發(fā)角，以調(diào)整逆變器的工作特性。 這種系統(tǒng)與電網(wǎng)并聯(lián)運行的特點是： （ a） 由于采用頻率變換裝置進行輸出控制，所以并網(wǎng)時沒有電流沖擊，對系統(tǒng)幾乎沒 有影響。 （ b） 因為采用 交 — 直 — 交 轉(zhuǎn)換方式，同步發(fā)電機的工作頻率與電網(wǎng)頻率是彼此獨立的，風輪及發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可以變化，不必擔心發(fā)生同步發(fā)電機直接并網(wǎng)運行時可能出現(xiàn)的失步問題。 （ c） 在風電系統(tǒng)中采用阻抗匹配和功率跟蹤反饋來調(diào)節(jié)輸出負荷可使風電機組按最佳效率運行，向電網(wǎng)輸送最多的電能。 850kW 風力發(fā)電供配電系統(tǒng)的研究與設計 27 同步發(fā)電機的參數(shù) 型號：同步、 4 極、 6 相，帶勵磁裝置 系統(tǒng)：并網(wǎng)型，帶 IGBT 變頻器 功率： 850kW （ n = 1700 RPM.） 電壓： 690～ 730V 電流： 340A～ 390A 頻率： ～ Hz 轉(zhuǎn)速： 1040～ 2021 RPM. 功率因數(shù)： ?cos =～ 防護等級： IP 54 絕緣等級： F/H 環(huán)境溫度： 40℃ ～ 40℃ 冷卻：水冷 水冷系統(tǒng)：軸承壽命： 130000 小時； 測溫： 8PT100（ 6繞組線圈， 2軸承） 同步發(fā)電機的優(yōu)缺點： 優(yōu)點： （ a） 功率因數(shù)可以很容易地通過勵磁調(diào)節(jié)裝置予以調(diào)整，既可以在滯后的功率因數(shù)下運行，也可以在超前的功率因數(shù)下運行。 （ b） 由于有同步裝置，并網(wǎng)時沖擊電流很小。 （ c） 單獨運行時可以很方便地調(diào)節(jié)電壓。 缺 點： （ a） 轉(zhuǎn)子上有勵磁繞組和阻尼繞組，結(jié)構較復雜。 （ b） 需要勵磁裝置及勵磁調(diào)節(jié)裝置。且勵磁裝置，尺寸較大，重量較重。 （ c） 需要同步合閘裝置。 （ d） 負載急劇變化時有可能失步。 （ e） 除定子外，勵磁繞組及勵磁調(diào)節(jié)裝置需要維護。 勵磁機的參數(shù)： 勵磁功率： 勵磁電流： 29A 頻率： 104200Hz 勵磁電壓： 3*75V Y 功率因數(shù)： 1 復勵電壓： 150V 驅(qū)動類型： S162 陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 28 轉(zhuǎn)速范圍： 10402021rpm 復勵電流： 整流器 整流器的作用是將交流電變?yōu)?直流電，風力發(fā)電機發(fā)出的電能是電壓、頻率隨機變化的交流電，必須經(jīng)過整流電路變?yōu)殡妷?、頻率一定的電能。否則，會對公共電網(wǎng)帶來危害。 目前各個領域應用的整流電路幾乎都是晶閘管相控整流電路或二極管整流電路。但是晶閘管相控整流電路的輸入電流滯后于電壓，其滯后角隨著觸發(fā)延遲角 ?