【正文】 抽=1去I=216。L./三忻(y戶r +sin/(r) =牛y氣飛1~(r+sinr)(42)(43)(44)ωL 為負(fù)載的等效電抗值。對(duì)于異步電機(jī)而言， ωL 則為定子的暫態(tài)電抗X d:X_X碼X~ =X, + 一 m一二一且Xm +X2(45)式中， X1 為定子電抗， XM 為激磁電抗， X2 為轉(zhuǎn)子折算到定子側(cè)的等效電抗。電流阻斷角州9 范圍為00~600 。當(dāng)戶。時(shí)， α=ψ，只r)=O。 當(dāng)戶600 時(shí)， αψi600 ，只r)→∞。交調(diào)壓電路中，電流阻斷角y、可控硅控制角α和負(fù)載阻抗角ψ的關(guān)系如圖45 所示。圖45 交流調(diào)壓電路特性曲線中相關(guān)角度的關(guān)系對(duì)于單相電阻、電感負(fù)載，當(dāng)α=ψ時(shí)，可控硅導(dǎo)通角。=1800 ，可控硅完全導(dǎo)通當(dāng)α〉ψ時(shí)，可控硅導(dǎo)通角。1800 ，處于不完全導(dǎo)通狀態(tài):當(dāng)αψ時(shí)，可控硅導(dǎo)通負(fù)25華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文。=1800 ，可控硅完全導(dǎo)通，但此時(shí)如果要使可控硅交流調(diào)壓電路工作正常，觸發(fā)信號(hào)必須是寬脈沖，如果α=00 ，則脈沖寬度應(yīng)超過(guò)ψ。故而對(duì)單相電阻、電感性負(fù)載，可控硅控制角的可控制范圍為939。 1800 。本文對(duì)負(fù)載阻抗角為15 0的電阻、電感性負(fù)載的交流調(diào)壓電路進(jìn)行了仿真分析，負(fù)載電流電壓和可控硅控制角的關(guān)系如圖46 所示?？梢?jiàn)在感性負(fù)載下，可控硅控制角α的有效控制范圍為939。 1800 。在αψ時(shí)由于脈沖寬度不夠，電流會(huì)發(fā)生畸變。: .a:5U .0:1 。:4時(shí)間t刨。0~ 3..:.t0:2。22(陽(yáng)、章1ro 川、k髓，1 幌~.JZ39?？?∞IP蟹母F蒼白|… ,α3口占1OB1 因而500Dε}國(guó)哥姐犧口制。3 nu1n un un u圖46 可控硅調(diào)壓電路阻感性負(fù)載特性曲線為了便于分析，對(duì)可控硅和異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)化，本文使用圖31 描述的簡(jiǎn)化了的等效電路模型。 可控硅觸發(fā)方式的選擇一般說(shuō)來(lái)，利用可控硅實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組軟并網(wǎng)有兩種方案:斬控式和相控式，中相控式電路又可以根據(jù)可控硅的通斷狀況，分為過(guò)零式觸發(fā)和移相式觸發(fā)[20]26華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文控式電路以一定頻率把正弦波電壓通過(guò)斬波生成若干個(gè)脈沖電壓，然后改變功率電子器件的導(dǎo)通比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓有效值，因而諧波含量小。在一定的導(dǎo)通比下，斬波頻率越高，感性負(fù)載的畸變?cè)叫。β室驍?shù)也越高，但電路的換流損耗也相應(yīng)增加。當(dāng)采用可控硅等半可控型器件時(shí)，需采用輔助換流電路來(lái)關(guān)斷己導(dǎo)通的可控硅:如果斬控電路采用GTO 、IGBT 等工作頻率較高的全控型自關(guān)斷器件，則器件在導(dǎo)通、關(guān)斷過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生尖峰電流和很高的反電勢(shì)，開(kāi)關(guān)損耗大，此時(shí)需合理設(shè)計(jì)其緩沖吸收電路。相控式電路工作于過(guò)零觸發(fā)方式下時(shí)，主電路輸出為斷斷續(xù)續(xù)的完整的正弦波，在一個(gè)工頻周期內(nèi)負(fù)載獲得的電壓要么為零，要么為電源電壓，因此這種觸發(fā)方式?jīng)]有諧波干擾。通過(guò)可控硅的開(kāi)關(guān)作用，改變其通斷時(shí)間的比例，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓有效值的調(diào)節(jié)。但這種觸發(fā)方式適用于控制輸出功率，而不適用于電壓需要平滑調(diào)節(jié)的場(chǎng)合。另外，交流電網(wǎng)的功率因數(shù)不直太低，否則過(guò)大的相位角差會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。在移相觸發(fā)方式下，通過(guò)改變可控硅觸發(fā)角來(lái)改變輸出端電壓的有效值，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓從零到電源電壓的連續(xù)變化。該方案簡(jiǎn)單可靠，利用可控硅的自然關(guān)斷，無(wú)需輔助換流，缺點(diǎn)是電壓奇次諧波含量較高。因此，失速型風(fēng)電機(jī)組軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)的主電路通常采用三相反并聯(lián)可控硅移相觸發(fā)控制的形式。在可控硅移相觸發(fā)過(guò)程中，異步電機(jī)定子上的電壓波形正負(fù)半波對(duì)稱，無(wú)偶次諧波，避免了由負(fù)序磁場(chǎng)產(chǎn)生的負(fù)序轉(zhuǎn)距的反作用。由于主電路的對(duì)稱性，每半個(gè)周期只需要3 個(gè)彼此相差60。的移相觸發(fā)信號(hào)。為保證三相反并聯(lián)可控硅正常工作，可控硅移相觸發(fā)電路需要滿足以下要求:(1)三相電路中，任何時(shí)刻至少需要一相的正向可控硅與另外一相反向可控硅同時(shí)導(dǎo)通，否則不能構(gòu)成電流回路。(2) 電路起始工作時(shí)處于不同相的兩個(gè)可控硅能夠同時(shí)導(dǎo)通，并且在感性負(fù)載(異步發(fā)電機(jī))和觸發(fā)角較大時(shí)，不同相的正反向兩個(gè)可控硅需同時(shí)有觸發(fā)脈沖。為達(dá)到這個(gè)目的，可以采用兩種方式，一種被稱為寬脈沖觸發(fā)方式，即使每個(gè)脈沖的寬度大于60。小于1200 ，一般取8001000 。 另一種是雙窄脈沖觸發(fā)方式，即在觸發(fā)某一相的正向可控硅時(shí)，同時(shí)給需導(dǎo)通的另一相的反向可控硅補(bǔ)發(fā)一個(gè)脈沖，從而使某一時(shí)刻應(yīng)導(dǎo)通的正反向兩個(gè)可控硅上都有觸發(fā)脈沖，相當(dāng)于用兩個(gè)窄脈沖等效代替大于60。的寬脈沖。由于雙窄脈沖觸發(fā)的變壓器及線路損耗要比寬脈沖的低得多，而且比寬脈沖觸發(fā)更可靠，本文采用雙窄脈沖觸發(fā)方式，脈沖寬度取100 ， 。(3) 軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)要為三對(duì)反并聯(lián)可控硅提供觸發(fā)脈沖信號(hào)，這些信號(hào)間i持著一致的相位關(guān)系，因此需提供一個(gè)準(zhǔn)確的同步信號(hào)。為使每一周波在相同相f27華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文觸發(fā)，觸發(fā)信號(hào)必須與電源電壓同步，這種觸發(fā)脈沖與主回路電源保持相位與頻率的固定關(guān)系稱為同步。三相電路中的正向可控硅SCRl 、SCR3 、SCR5 與反向可控硅SCR4 、SCR6 、SCR2的觸發(fā)信號(hào)都互差π/3 ，同相反并聯(lián)的兩個(gè)可控硅的觸發(fā)脈沖信號(hào)互差π/2， 6 個(gè)可控硅的觸發(fā)次序按SCR6~SCR1~SCR2~SCR3~SCR4SCR5SCR6 的順序循環(huán)進(jìn)行，每一時(shí)刻兩個(gè)可控硅同時(shí)導(dǎo)通。六脈沖雙窄脈沖信號(hào)發(fā)生器仿真模塊如圖47 所示，輸入電壓信號(hào)為三相線電壓?？紤]到Simulink 中的六脈沖信號(hào)發(fā)生器默認(rèn)的同步電壓為AB 相間的線電壓，但我們需要的可控硅同步電壓為A 相的相電壓，前者比后者滯后300 ，所以對(duì)六脈沖信號(hào)發(fā)生器送入的觸發(fā)角要加上300 。UC+一Lhold circuitalpha_degBC 止IsesBlockSynchronized6Pulse Generator圖47 六脈沖雙窄觸發(fā)脈沖信號(hào)發(fā)生器仿真模塊pulses六脈沖雙窄觸發(fā)脈沖信號(hào)示意圖如圖48 所示。圖中可控硅控制角α=900 ，觸發(fā)脈沖序號(hào)自上而下分別為為pulse , pulse , pulse , pulse , pulse ,pulse ，并于主電路中編號(hào)為16 的六個(gè)可控硅相對(duì)應(yīng)。導(dǎo)通的相序?yàn)锳+C→CB+→ B+A→ AC+→ C+B→ BA+ 。由前述可知，雙向可控硅的等效阻抗值隨可控硅導(dǎo)通角大小變化。由于雙向可控硅串接于電機(jī)出線與電網(wǎng)之間，所以通過(guò)調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角，使其逐漸增大，就可調(diào)節(jié)電機(jī)定子電壓值和每個(gè)電壓平臺(tái)的持續(xù)時(shí)間，使力日在電機(jī)定子上的電壓從某一較小的初值逐漸增加到全壓狀態(tài)。這種控制方式本質(zhì)上是電機(jī)的降壓?jiǎn)?dòng)。因?yàn)檐洸⒕W(wǎng)的主要目的是為了限制并網(wǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊電流，所以我們將電機(jī)的定子電流進(jìn)行采樣，然后計(jì)算其有效值，并與電流的限定值進(jìn)行比較，得應(yīng)的電流偏差值。系統(tǒng)采用增量式PI 算法?？刂平铅恋挠?jì)算方法如式(4_6i2S1 :28華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文圖48 反并聯(lián)可控硅觸發(fā)脈沖序列αα。1 +!lα (46)其中， L1α為:Aα= Kp(e。 e。_I)+K。e。 (47)式中， ei 與eiI 為本次與上次的偏差， Kp 為比例系數(shù)， Ki 為積分系數(shù)。因?yàn)檐洸⒕W(wǎng)的主要目的是為了限制并網(wǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊電流，所以本文中的的與eil 為電流量偏差。將電機(jī)的定子電流進(jìn)行采樣，然后計(jì)算其有效值，并與電流的限定值 .行比較，即可得出相應(yīng)的電流偏差值?？刂葡到y(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的基本框架如圖49 所示[22] 。圖49 軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖29華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文采用比例積分控制，其傳遞函數(shù)為:G(s)=K， +主s(48)在PI 環(huán)節(jié)內(nèi)，軟件將本次計(jì)算得到的ei 與上次計(jì)算得到的eil 按式(46) ，與式(47)進(jìn)行計(jì)算，得到Aα，并與保存的上一次的控制角度件l 相加，輸出本次的控制角喲。比例與積分系數(shù)可通過(guò)仿真確定。求出控制角向后，即可根據(jù)最大導(dǎo)通范圍計(jì)算導(dǎo)通角θ。由于感性負(fù)載存在電流阻斷角φ 一般為15 0 39。39。200 ，又為了使可控硅正常觸發(fā)，觸發(fā)脈沖寬度選為100 ，所以，可以確定最大移相范圍為:αm=100+200=300(49)αm=1800100=1700所以導(dǎo)通角θ句控制角α之間的實(shí)際關(guān)系為:θ=α酣ψ 一α=170。一200 α= 1500 α (410)實(shí)際在仿真過(guò)程中，往往在α還未下降到300 時(shí)，轉(zhuǎn)速己經(jīng)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，軟并網(wǎng)裝置被旁路接觸器斷開(kāi)，電機(jī)定子端直接與電網(wǎng)相聯(lián)。 軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)仿真分析為驗(yàn)證軟并網(wǎng)控制策略的有效性，需要對(duì)采用軟并網(wǎng)過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行仿真分析。仿真模塊中風(fēng)機(jī)模塊、異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)模塊如第三章所述。初始控制角為170口，仿真算法設(shè)為變步長(zhǎng)ode23tb ，相對(duì)誤差lxl0氣絕對(duì)誤差1 x 106 ?？傮w仿真示意圖如圖410 所示。 小電機(jī)軟切入過(guò)程仿真(1)小電機(jī)在風(fēng)速為5m/s 時(shí)切入電網(wǎng)，切入預(yù)置點(diǎn)為s= ， 過(guò)渡過(guò)程電流狀態(tài)量限定值設(shè)為50A 。仿真結(jié)果如圖411 所示。(2) 小電機(jī)在風(fēng)速為8m/s 時(shí)切入電網(wǎng)，切入預(yù)置點(diǎn)為s= ， 過(guò)渡過(guò)程電流狀態(tài)量限定值設(shè)為50A 。仿真結(jié)果如圖412 所示。 大電機(jī)軟切入過(guò)程仿真(1)大電機(jī)在風(fēng)速為10m/s 時(shí)切入電網(wǎng)，切入預(yù)置點(diǎn)為s= ，過(guò)渡過(guò)程電滬、比態(tài)量限定值設(shè)為500A 。仿真結(jié)果如圖413 所示。30響咽。，卻Hd~陽(yáng)、p‘EIe由睛39。田，鴨勘恤呻JO r._oc....... Is_. (/9《刷刷瞻Is_b (咿呻國(guó)0 ω陽(yáng)雷Is_c (渺pulsu i。二i華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文:D LlflB 廠rlC忡b 今e 呻3 叫:立時(shí)1 1 1 陸」一一L39?！从凇?u. I}←一|出|}←一|ω|圖410 軟并網(wǎng)過(guò)渡過(guò)程仿真示意圖 、. 、0。33回因f b . ... . ..ι 』l柏→‘抽血可)MP 棋如FSM 叮1 日oB101 日!1∞口970(EeycM 時(shí)應(yīng)JPHE9目。 時(shí)間t(5)風(fēng)速為5m1s 時(shí)小電機(jī)軟切入過(guò)渡過(guò)程變化曲線 31 。.67 1日?qǐng)D411因: r日ιB1223。10ltril~(， .至鋤r 39。 . 。. ..~罷刪「重刑十..:.. ~:華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 h33 1:67時(shí)間t(sJ2。0:39。~。O 日?qǐng)D412 風(fēng)速為8m/s 時(shí)小電機(jī)軟切入過(guò)渡過(guò)程變化曲線500口。 時(shí)|、司t(8)32 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文?那、d3刀，圖413 風(fēng)速為lOmls 大電機(jī)軟切入過(guò)渡過(guò)程變化曲線(2) 大電機(jī)在風(fēng)速為13 m1s 時(shí)切入電網(wǎng)，切入預(yù)置點(diǎn)為s=O .l 5 ，過(guò)渡過(guò)程電流狀態(tài)量限定值設(shè)為500A 。仿真結(jié)果如圖414 所示。田0 卡←←.…….…一.…….…一.………….…….…….…….…一..…。L.………….…….…….…….…….…….…….…….…一.…一..…JL.…….…….…….…….…….…….……39?！?…….…一.…一.…一..… ι:田口葉←L←.…….…….…….…….…….…….…….…….…….…….…….………… …….……….… …….….…….…….…….…….…….…….…一.…….…一…一.…….…斗↓…….…….…….…….…….…….…十J.←斗十….斗}←.4咽0口葉←←.…….一….…一.…….…….…….… f卡.…….….引飛川。 ….手!乒.…….二二:二. 亞旦.…一.…一.….…….…….…….…….………一.…一.….λ~ __ __ _39。Y __ _ _39。_:200 ~ r v 11 田。($8棋悻摞哥 時(shí)I司t(s)。卜lLrιμ翩翩翩到淚灑(主』Yc割草再M(fèi)f15501200D 圖414 風(fēng)速為13m1s 大電機(jī)軟切入過(guò)渡過(guò)程變化曲線33 時(shí)間t{s)華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 軟井網(wǎng)控制系統(tǒng)仿真結(jié)果分析從上面得到的大小電機(jī)軟并網(wǎng)過(guò)渡過(guò)程的仿真結(jié)果可知，我們可以獲得以下幾點(diǎn)結(jié)論:(1)軟并網(wǎng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間很短，一般在2s 以內(nèi)，可控硅工作時(shí)間比較短。但與直接并網(wǎng)相比，過(guò)渡過(guò)程變長(zhǎng)。(2) 并網(wǎng)時(shí)，可以將軟并網(wǎng)過(guò)渡過(guò)程沖擊電流限定在電機(jī)額定值的范圍之內(nèi)， 倍。只要控制方法得當(dāng)，可使轉(zhuǎn)速和電流平穩(wěn)過(guò)渡。(3) 小電機(jī)并網(wǎng)時(shí)，風(fēng)速較低，軟切入轉(zhuǎn)速點(diǎn)較高。大電機(jī)并網(wǎng)時(shí)，風(fēng)速較高，切入轉(zhuǎn)速應(yīng)降低。軟切入過(guò)程中，異步電機(jī)等效阻抗會(huì)逐漸增大，負(fù)載阻抗角逐漸減小。(4) 為避免初始階段可控硅導(dǎo)通過(guò)快，引起較大的沖擊電流，初始階段可控硅控制角減小幅度不宜太大，當(dāng)轉(zhuǎn)子加速度逐步加大后，可以使控制角的減小梯度加快，使可控硅盡可能快導(dǎo)通。實(shí)際運(yùn)行中，控制器自動(dòng)計(jì)算實(shí)現(xiàn)。(5) 可控硅等效阻抗從最初值逐步減小接近于零，電網(wǎng)電壓從小到大逐步加載到電機(jī)定子端。 本章小結(jié)本章對(duì)SCR 軟并網(wǎng)電路進(jìn)行了分析。首先分析了三相交流調(diào)壓電路在純阻性和電阻、電感性負(fù)載下的負(fù)載特性。然后對(duì)可控硅的觸發(fā)方式進(jìn)行了分析，最后選擇使用雙窄脈沖作為可控硅的觸發(fā)方式。使用Simulink 搭建了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)仿真模型，并對(duì)軟并網(wǎng)控制下的軟并網(wǎng)過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行了仿真，以驗(yàn)證軟并網(wǎng)控制策略的有效性，最后結(jié)合過(guò)渡過(guò)程中，異步電機(jī)等效阻抗、反并聯(lián)可控硅等效阻抗以及負(fù) .阻抗角的變化，對(duì)可控硅導(dǎo)通過(guò)程進(jìn)行了分析。34華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文第五章軟并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在前文工作的基礎(chǔ)上，本章進(jìn)行軟并網(wǎng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與軟