【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(shè) 1t 時刻以前 1S 、 4S 導(dǎo)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(dāng)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(guān)。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(dāng)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(yīng)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(guān)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(biāo)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(dǎo)電方式，即每個橋臂的導(dǎo)電角度為 180176。，同一相（即同一半橋）上下兩個橋臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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。 850kW 風(fēng)力發(fā)電供配電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 21 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(dāng)橋臂 1 導(dǎo)通時， 2dNU Uu ?? ，當(dāng)橋臂 4 導(dǎo)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(shè)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(shè)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。UNWNWUWNVNVWVNUNUVuuuuuuuuu陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 22 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(dǎo)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(dǎo)通。負載阻抗角 ? 越大， 4VD 導(dǎo)通時間就越長。在 039。 ?NNu時為橋臂 1 導(dǎo)電的區(qū)間，其中 0U?i 時為 1VD 導(dǎo)通， 0U?i 時為 1V 導(dǎo)通； 039。 ?NNu時為橋臂 4 導(dǎo)電的時間，其中 0U?i 時為 4VD 導(dǎo)通，0U?i 時為 4V 導(dǎo)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?？梢钥闯觯?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(guān)器件的控制規(guī)律相同，現(xiàn)以 U 相為例來說明。當(dāng) crU uu ? 時，給上橋臂 1V 以導(dǎo)通信號，給下橋臂 4V 以關(guān)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(dāng) crU uu ? 時，給 4V 以導(dǎo)通信號，給 1V 以關(guān)斷信號，則 2u39。UN dU??。 1V 和 4V 的驅(qū)動信號始終是互補的。當(dāng)給 ）（ 41 VV 加導(dǎo)通信號時，可能是 ）（ 41 VV 導(dǎo)通，也可能是二極管 ）（ 41 VDVD 續(xù)流導(dǎo)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 ）850kW 風(fēng)力發(fā)電供配電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 23 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?？梢钥闯觯?9。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(dāng)臂 1 和 6導(dǎo)通時， dUu ?UV ，當(dāng)臂 3和 4導(dǎo)通時， dUu ??UV ，當(dāng)臂 1和 3或臂 4和 6導(dǎo)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(gòu)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(guān)斷信號的死區(qū)時間。死區(qū)時間的長短主要由功率開關(guān)器件的關(guān)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。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 24 uuUNuUN39。uVN39。uWN39。uUV000000d2Ud/3d/2Ud/2 Ud/2urUurVurWucωtωtωtωtωtωt 圖 315 三相橋式 PWM 逆變電路波形 850kW 風(fēng)力發(fā)電供配電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 25 4 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計 設(shè)計說明 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一個重要優(yōu)點是可以使風(fēng)力機在 很大風(fēng)速范圍內(nèi)按最佳效率運行。從風(fēng)力機的運行原理可知，這就要求風(fēng)力機的轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速變化并保持一個恒定的最佳葉尖速比，從而使風(fēng)力機的風(fēng)能利用系數(shù) pC 保持最大值不變，風(fēng)力發(fā)電機組輸出最大的功率。因此，對變速恒頻風(fēng)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(fēng)力發(fā)電技術(shù)日益受到重視。由于風(fēng)能具有不穩(wěn)定性和隨機性，風(fēng)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(fēng)電送入電網(wǎng)。為了改進風(fēng)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。 同步發(fā)電機交 /直 /交系統(tǒng)的設(shè)計 設(shè)計框圖 保 護 裝 置功 率 變 化檢 測 器控 制 電 路風(fēng) 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(fēng)電系統(tǒng)方框圖 圖 41 示出具有最大功率跟蹤的 交 — 直 — 交 風(fēng)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(fēng)輪及發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可以變化，不必擔(dān)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(fēng)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(fēng)電機組按最佳效率運行，向電網(wǎng)輸送最多的電能。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 26 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～ 2022 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(gòu)較復(fù)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(fù)勵電壓： 150V 驅(qū)動類型： S162 850kW 風(fēng)力發(fā)電供配電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 27 轉(zhuǎn)速范圍： 10402022rpm 復(fù)勵電流： 整流器 整流器的作用是將交流電變?yōu)橹绷麟?，風(fēng)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)殡妷骸㈩l率一定的電能。否則，會對公共電網(wǎng)帶來危害。 目前各個領(lǐng)域應(yīng)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