【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 為負載的等效電抗值。對于異步電機而言， 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 。當戶。時， α=ψ，只r)=O。 當戶600 時， 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)系對于單相電阻、電感負載，當α=ψ時，可控硅導(dǎo)通角。=1800 ，可控硅完全導(dǎo)通當α〉ψ時，可控硅導(dǎo)通角。1800 ，處于不完全導(dǎo)通狀態(tài):當αψ時，可控硅導(dǎo)通負25華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文。=1800 ，可控硅完全導(dǎo)通，但此時如果要使可控硅交流調(diào)壓電路工作正常，觸發(fā)信號必須是寬脈沖，如果α=00 ，則脈沖寬度應(yīng)超過ψ。故而對單相電阻、電感性負載，可控硅控制角的可控制范圍為939。 1800 。本文對負載阻抗角為15 0的電阻、電感性負載的交流調(diào)壓電路進行了仿真分析，負載電流電壓和可控硅控制角的關(guān)系如圖46 所示。可見在感性負載下，可控硅控制角α的有效控制范圍為939。 1800 。在αψ時由于脈沖寬度不夠，電流會發(fā)生畸變。: .a:5U .0:1 。:4時間t刨。0~ 3..:.t0:2。22(陽、章1ro 川、k髓，1 幌~.JZ39?？?∞IP蟹母F蒼白|… ,α3口占1OB1 因而500Dε}國哥姐犧口制。3 nu1n un un u圖46 可控硅調(diào)壓電路阻感性負載特性曲線為了便于分析，對可控硅和異步風力發(fā)電機進行簡化，本文使用圖31 描述的簡化了的等效電路模型。 可控硅觸發(fā)方式的選擇一般說來，利用可控硅實現(xiàn)風電機組軟并網(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斬波生成若干個脈沖電壓，然后改變功率電子器件的導(dǎo)通比來調(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，感性負載的畸變越小，功率因數(shù)也越高，但電路的換流損耗也相應(yīng)增加。當采用可控硅等半可控型器件時，需采用輔助換流電路來關(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)斷過程中會產(chǎn)生尖峰電流和很高的反電勢，開關(guān)損耗大，此時需合理設(shè)計其緩沖吸收電路。相控式電路工作于過零觸發(fā)方式下時，主電路輸出為斷斷續(xù)續(xù)的完整的正弦波，在一個工頻周期內(nèi)負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。通過可控硅的開關(guān)作用，改變其通斷時間的比例，從而實現(xiàn)對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)的場合。另外，交流電網(wǎng)的功率因數(shù)不直太低，否則過大的相位角差會產(chǎn)生沖擊電流。在移相觸發(fā)方式下，通過改變可控硅觸發(fā)角來改變輸出端電壓的有效值，實現(xiàn)了輸出電壓從零到電源電壓的連續(xù)變化。該方案簡單可靠，利用可控硅的自然關(guān)斷，無需輔助換流，缺點是電壓奇次諧波含量較高。因此，失速型風電機組軟并網(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)過程中，異步電機定子上的電壓波形正負半波對稱，無偶次諧波，避免了由負序磁場產(chǎn)生的負序轉(zhuǎn)距的反作用。由于主電路的對稱性，每半個周期只需要3 個彼此相差60。的移相觸發(fā)信號。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導(dǎo)通，否則不能構(gòu)成電流回路。(2) 電路起始工作時處于不同相的兩個可控硅能夠同時導(dǎo)通，并且在感性負載(異步發(fā)電機)和觸發(fā)角較大時，不同相的正反向兩個可控硅需同時有觸發(fā)脈沖。為達到這個目的，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，同時給需導(dǎo)通的另一相的反向可控硅補發(fā)一個脈沖，從而使某一時刻應(yīng)導(dǎo)通的正反向兩個可控硅上都有觸發(fā)脈沖，相當于用兩個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)要為三對反并聯(lián)可控硅提供觸發(fā)脈沖信號，這些信號間i持著一致的相位關(guān)系，因此需提供一個準確的同步信號。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)信號都互差π/3 ，同相反并聯(lián)的兩個可控硅的觸發(fā)脈沖信號互差π/2， 6 個可控硅的觸發(fā)次序按SCR6~SCR1~SCR2~SCR3~SCR4SCR5SCR6 的順序循環(huán)進行，每一時刻兩個可控硅同時導(dǎo)通。六脈沖雙窄脈沖信號發(fā)生器仿真模塊如圖47 所示，輸入電壓信號為三相線電壓?？紤]到Simulink 中的六脈沖信號發(fā)生器默認的同步電壓為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 ，所以對六脈沖信號發(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)脈沖信號發(fā)生器仿真模塊pulses六脈沖雙窄觸發(fā)脈沖信號示意圖如圖48 所示。圖中可控硅控制角α=900 ，觸發(fā)脈沖序號自上而下分別為為pulse , pulse , pulse , pulse , pulse ,pulse ，并于主電路中編號為16 的六個可控硅相對應(yīng)。導(dǎo)通的相序為A+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出線與電網(wǎng)之間，所以通過調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角，使其逐漸增大，就可調(diào)節(jié)電機定子電壓值和每個電壓平臺的持續(xù)時間，使力日在電機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)上是電機的降壓啟動。因為軟并網(wǎng)的主要目的是為了限制并網(wǎng)過程中產(chǎn)生的沖擊電流，所以我們將電機的定子電流進行采樣，然后計算其有效值，并與電流的限定值進行比較，得應(yīng)的電流偏差值。系統(tǒng)采用增量式PI 算法?？刂平铅恋挠嬎惴椒ㄈ缡?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)。因為軟并網(wǎng)的主要目的是為了限制并網(wǎng)過程中產(chǎn)生的沖擊電流，所以本文中的的與eil 為電流量偏差。將電機的定子電流進行采樣，然后計算其有效值，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)，軟件將本次計算得到的ei 與上次計算得到的eil 按式(46) ，與式(47)進行計算，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)可通過仿真確定。求出控制角向后，即可根據(jù)最大導(dǎo)通范圍計算導(dǎo)通角θ。由于感性負載存在電流阻斷角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之間的實際關(guān)系為:θ=α酣ψ 一α=170。一200 α= 1500 α (410)實際在仿真過程中，往往在α還未下降到300 時，轉(zhuǎn)速己經(jīng)達到同步轉(zhuǎn)速，軟并網(wǎng)裝置被旁路接觸器斷開，電機定子端直接與電網(wǎng)相聯(lián)。 軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)仿真分析為驗證軟并網(wǎng)控制策略的有效性，需要對采用軟并網(wǎng)過渡過程進行仿真分析。仿真模塊中風機模塊、異步風力發(fā)電機模塊如第三章所述。初始控制角為170口，仿真算法設(shè)為變步長ode23tb ，相對誤差lxl0氣絕對誤差1 x 106 。總體仿真示意圖如圖410 所示。 小電機軟切入過程仿真(1)小電機在風速為5m/s 時切入電網(wǎng)，切入預(yù)置點為s= ， 過渡過程電流狀態(tài)量限定值設(shè)為50A 。仿真結(jié)果如圖411 所示。(2) 小電機在風速為8m/s 時切入電網(wǎng)，切入預(yù)置點為s= ， 過渡過程電流狀態(tài)量限定值設(shè)為50A 。仿真結(jié)果如圖412 所示。 大電機軟切入過程仿真(1)大電機在風速為10m/s 時切入電網(wǎng)，切入預(yù)置點為s= ，過渡過程電滬、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、p‘EIe由睛39。田，鴨勘恤呻JO r._oc....... Is_. (/9《刷刷瞻Is_b (咿呻國0 ω陽雷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1 1 1 陸」一一L39。〈于←/u. I}←一|出|}←一|ω|圖410 軟并網(wǎng)過渡過程仿真示意圖 、. 、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 時應(yīng)JPHE9目。 時間t(5)風速為5m1s 時小電機軟切入過渡過程變化曲線 31 。.67 1日圖411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時間t(sJ2。0:39。~。O 日圖412 風速為8m/s 時小電機軟切入過渡過程變化曲線500口。 時|、司t(8)32 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文?那、d3刀，圖413 風速為lOmls 大電機軟切入過渡過程變化曲線(2) 大電機在風速為13 m1s 時切入電網(wǎng)，切入預(yù)置點為s=O .l 5 ，過渡過程電流狀態(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I司t(s)。卜lLrιμ翩翩翩到淚灑(主』Yc割草再Mf15501200D 圖414 風速為13m1s 大電機軟切入過渡過程變化曲線33 時間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軟并網(wǎng)過渡過程的仿真結(jié)果可知，我們可以獲得以下幾點結(jié)論:(1)軟并網(wǎng)過渡過程時間很短，一般在2s 以內(nèi)，可控硅工作時間比較短。但與直接并網(wǎng)相比，過渡過程變長。(2) 并網(wǎng)時，可以將軟并網(wǎng)過渡過程沖擊電流限定在電機額定值的范圍之內(nèi)， 倍。只要控制方法得當，可使轉(zhuǎn)速和電流平穩(wěn)過渡。(3) 小電機并網(wǎng)時，風速較低，軟切入轉(zhuǎn)速點較高。大電機并網(wǎng)時，風速較高，切入轉(zhuǎn)速應(yīng)降低。軟切入過程中，異步電機等效阻抗會逐漸增大，負載阻抗角逐漸減小。(4) 為避免初始階段可控硅導(dǎo)通過快，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。實際運行中，控制器自動計算實現(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定子端。 本章小結(jié)本章對SCR 軟并網(wǎng)電路進行了分析。首先分析了三相交流調(diào)壓電路在純阻性和電阻、電感性負載下的負載特性。然后對可控硅的觸發(fā)方式進行了分析，最后選擇使用雙窄脈沖作為可控硅的觸發(fā)方式。使用Simulink 搭建了風力發(fā)電機組軟并網(wǎng)仿真模型，并對軟并網(wǎng)控制下的軟并網(wǎng)過渡過程進行了仿真，以驗證軟并網(wǎng)控制策略的有效性，最后結(jié)合過渡過程中，異步電機等效阻抗、反并聯(lián)可控硅等效阻抗以及負 .阻抗角的變化，對可控硅導(dǎo)通過程進行了分析。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)計在前文工作的基礎(chǔ)上，本章進行軟并網(wǎng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計與軟