【正文】 形狀也不同，圖 311（ b） 給出的就是阻感負(fù)載時(shí)的 0i 波形。設(shè) 1t 時(shí)刻以前 1S 、 4S 導(dǎo)通， 0u 和 0i 均為正。在 1t 時(shí)刻斷開 1S 、 4S ，同時(shí)合上 2S 、 3S ，則 0u 的極性立刻變?yōu)樨?fù)。但是，因?yàn)樨?fù)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(shí)負(fù)載電流從直流電流源負(fù)極流出，經(jīng) 2S 負(fù)載和 3S 流回正極，負(fù)載電感中儲(chǔ)存的能量想直流電源反饋，負(fù)載電流逐漸減小，到 2t 時(shí)刻將為零，之后 0i才反向并逐漸增大。 2S 、 3S 斷開， 1S 、 4S 閉合時(shí)的情況類似。 電壓型逆變電路的特點(diǎn) （ 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(dòng)，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(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。 （ c） 當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)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(gè)單向逆變電路可以組成一個(gè)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(gè)半橋逆變電路組成。 圖 312 電路的直流側(cè)通常只有一個(gè)電容器就可以了，但為了分析方便，畫作串聯(lián)的兩個(gè)電容器并標(biāo)出了假想中點(diǎn) ‘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(gè)橋臂的導(dǎo)電角度為 180176。，同一相（即同一半橋）上下兩個(gè)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(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通?？赡苁巧厦嬉粋€(gè)臂下面兩個(gè)臂，也可能是上面兩個(gè)臂下面一個(gè)臂同時(shí)導(dǎo)通。因?yàn)槊看螕Q流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂 之間進(jìn)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(jì) 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(duì)于相輸出來說，當(dāng)橋臂 1 導(dǎo)通時(shí)， 2dNU Uu ?? ，當(dāng)橋臂 4 導(dǎo)通時(shí)， 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(fù)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(fù)載中點(diǎn) N 與直流電源假想中點(diǎn) 39。N 之間的電壓為39。NNu，則負(fù)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(fù)載為三相對(duì)稱負(fù)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(jì)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(fù)載參數(shù)已知時(shí)，可以由 UNu 的波形求出 U相電流 Ui 的波形。負(fù)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(fù)載下 3??? 時(shí) Ui 的波形。上橋臂 1 中的1V 從通態(tài)轉(zhuǎn)換到斷態(tài)時(shí)，因負(fù)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(fù)載電流降到零，橋臂 4 中電流反向時(shí)， 4V 才開始導(dǎo)通。負(fù)載阻抗角 ? 越大， 4VD 導(dǎo)通時(shí)間就越長(zhǎng)。在 039。 ?NNu時(shí)為橋臂 1 導(dǎo)電的區(qū)間，其中 0U?i 時(shí)為 1VD 導(dǎo)通， 0U?i 時(shí)為 1V 導(dǎo)通； 039。 ?NNu時(shí)為橋臂 4 導(dǎo)電的時(shí)間，其中 0U?i 時(shí)為 4VD 導(dǎo)通，0U?i 時(shí)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?， di 每隔 60176。脈動(dòng)一次，而直流側(cè) 電壓是基本無脈動(dòng)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(dòng)的，且脈動(dòng)的情況和 di 脈動(dòng)情況大體相同。這也是電壓型逆變電路的一個(gè)特點(diǎn)。 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(gè)三 角載波 cu ，三相的調(diào)制信號(hào) 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(shí)，給上橋臂 1V 以導(dǎo)通信號(hào)，給下橋臂 4V 以關(guān)斷信號(hào)，則 U 相相對(duì)于直流電源假想中點(diǎn) ‘N 的輸出電壓為 2u39。UN dU?。當(dāng) crU uu ? 時(shí)，給 4V 以導(dǎo)通信號(hào)，給 1V 以關(guān)斷信號(hào)，則 2u39。UN dU??。 1V 和 4V 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)始終是互補(bǔ)的。當(dāng)給 ）（ 41 VV 加導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，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(fù)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(jì) 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?，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。可以看出，當(dāng)臂 1 和 6導(dǎo)通時(shí)， dUu ?UV ，當(dāng)臂 3和 4導(dǎo)通時(shí)， dUu ??UV ，當(dāng)臂 1和 3或臂 4和 6導(dǎo)通時(shí)， 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(gè)臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)都是互補(bǔ)的。但實(shí)際上為了防止上下兩個(gè)臂直 通而造成短路，在上下兩臂通斷切換時(shí)要留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號(hào)的死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間的長(zhǎng)短主要由功率開關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間來決定。這個(gè)死區(qū)時(shí)間將會(huì)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(jì)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(jì) 25 4 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)說明 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是可以使風(fēng)力機(jī)在 很大風(fēng)速范圍內(nèi)按最佳效率運(yùn)行。從風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行原理可知，這就要求風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速變化并保持一個(gè)恒定的最佳葉尖速比，從而使風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù) pC 保持最大值不變，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出最大的功率。因此，對(duì)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(yùn)行之外，最重要的一點(diǎn)就是要實(shí)現(xiàn)最大功率輸出控制。 隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)以及對(duì)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(jī)性，風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能是電壓、頻率隨機(jī)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(jìn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)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(jī)交 /直 /交系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)框圖 保 護(hù) 裝 置功 率 變 化檢 測(cè) 器控 制 電 路風(fēng) 力 機(jī)齒 輪 箱同 步 發(fā) 電 機(jī)整 流 器 逆 變 器電網(wǎng)檢 測(cè) 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(yùn)行方框圖，采用系統(tǒng)輸出功率作為控制信號(hào)，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(yùn)行的特點(diǎn)是： （ a） 由于采用頻率變換裝置進(jìn)行輸出控制， 所以并網(wǎng)時(shí)沒有電流沖擊，對(duì)系統(tǒng)幾乎沒有影響。 （ b） 因?yàn)椴捎?交 — 直 — 交 轉(zhuǎn)換方式，同步發(fā)電機(jī)的工作頻率與電網(wǎng)頻率是彼此獨(dú)立的，風(fēng)輪及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以變化，不必?fù)?dān)心發(fā)生同步發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)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(fù)荷可使風(fēng)電機(jī)組按最佳效率運(yùn)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(jì)說明書） 26 同步發(fā)電機(jī)的參數(shù) 型號(hào)：同步、 4 極、 6 相，帶勵(lì)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(hù)等級(jí)： IP 54 絕緣等級(jí)： 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(shí)； 測(cè)溫： 8PT100（ 6繞組線圈， 2軸承） 同步發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： （ a） 功率因數(shù)可以很容易地通過勵(lì)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(yùn)行，也可以在超前的功率因數(shù)下運(yùn)行。 （ b） 由于有同步裝置，并網(wǎng)時(shí)沖擊電流很小。 （ c） 單 獨(dú)運(yùn)行時(shí)可以很方便地調(diào)節(jié)電壓。 缺點(diǎn)： （ a） 轉(zhuǎn)子上有勵(lì)磁繞組和阻尼繞組，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 （ b） 需要?jiǎng)?lì)磁裝置及勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置。且勵(lì)磁裝置，尺寸較大，重量較重。 （ c） 需要同步合閘裝置。 （ d） 負(fù)載急劇變化時(shí)有可能失步。 （ e） 除定子外，勵(lì)磁繞組及勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置需要維護(hù)。 勵(lì)磁機(jī)的參數(shù)： 勵(lì)磁功率： 勵(lì)磁電流： 29A 頻率： 104200Hz 勵(lì)磁電壓： 3*75V Y 功率因數(shù)： 1 復(fù)勵(lì)電壓： 150V 驅(qū)動(dòng)類型： S162 850kW 風(fēng)力發(fā)電供配電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 27 轉(zhuǎn)速范圍： 10402022rpm 復(fù)勵(lì)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(jī)發(fā)出的電能是電壓、頻率隨機(jī)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(huì)對(duì)公共電網(wǎng)帶來危害。 目前各個(gè)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