全功率變流器風(fēng)電機(jī)組的工作原理及控制策略-wenkub.com
2025-06-22 04:17 本頁面
【正文】 由式（）可以看出，d、q軸電流除了要受到控制電壓和的影響外，還要受到交叉耦合電壓、以及電網(wǎng)電壓的影響。這樣的結(jié)構(gòu)可保證發(fā)電機(jī)輸出的有功功率能夠及時(shí)通過變流器送入電網(wǎng)。因此，如果控制不變，在忽略變流器自身損耗時(shí)，可認(rèn)為發(fā)電機(jī)輸出的有功功率全部被送到了電網(wǎng)。小于0表明變流器從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率；而大于0則表明變流器從電網(wǎng)吸收超前無功功率。假設(shè)電網(wǎng)的三相電壓是對(duì)稱的，應(yīng)有（）將式（）、（）代入到式（）中可得（）再將式（）、（）、（）代入到式（）中可得（）式中（）就是電網(wǎng)側(cè)變流器在ABC坐標(biāo)系下的高頻數(shù)學(xué)模型。為了推導(dǎo)方便，引入開關(guān)函數(shù)來表達(dá)各相電力電子器件的導(dǎo)通狀態(tài)。一方面，當(dāng)電網(wǎng)需要無功補(bǔ)償時(shí)，它可以方便地提供相應(yīng)的無功功率；另一方面，如果電網(wǎng)對(duì)無功功率沒有要求，可按功率因數(shù)為1進(jìn)行控制，從而降低變流器的容量要求和投資。)時(shí)，變流器向電網(wǎng)輸出有功功率和超前的無功功率；當(dāng)=(180176。當(dāng)=(0～90176。（3）靜止無功發(fā)生器運(yùn)行狀態(tài)。交流側(cè)電流與電網(wǎng)電壓之間的相位角為180176。變流器的工作狀態(tài)將由它們共同決定。 電網(wǎng)側(cè)變流器控制策略（1）電網(wǎng)側(cè)變流器的基本工作原理電網(wǎng)側(cè)變流器的主電路為三相橋式結(jié)構(gòu)，采用脈寬調(diào)制方式控制各開關(guān)元件工作，其交流側(cè)電壓除了正弦基波外，也存在一些高次諧波。帶有有功功率控制外環(huán)的電機(jī)側(cè)變流器的控制框圖如圖所示。由于定子直軸電流、交軸電流不但受到各自控制電壓和的影響，還要分別受到交叉耦合電壓、的影響。圖3是直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)中三電平背靠背雙PWM變流器拓?fù)?，與兩電平雙PWM變流器相比，功率器件和電容增加了一倍，并額外增加了箝位二極管；直流側(cè)電容由兩個(gè)完全一樣的電容串聯(lián)組成，電容的中點(diǎn)作為變換器的箝位點(diǎn)， 由網(wǎng)側(cè)變換器保持直流側(cè)兩個(gè)電容的電壓均衡。圖2是不控整流+boost變換器+逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過boost變換器實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)功率因數(shù)校正(Power Factor Correction, PFC)，提高發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率，保持直流側(cè)電壓的穩(wěn)定，對(duì)PMSG的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)變速恒頻運(yùn)行，在額定風(fēng)速以下具有最大風(fēng)能捕獲功能。電網(wǎng)側(cè)PWM變流器通過調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)的dq軸電流，保持直流側(cè)電壓穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)有功和無功的解耦控制，控制流向電網(wǎng)的無功功率，通常運(yùn)行在單位功率因數(shù)狀態(tài)，還要提高注入電網(wǎng)的電能質(zhì)量。忽略附加損耗后的功率平衡方程為其中，、分別為電機(jī)的電磁功率、輸入功率和輸入功率；、分別為電機(jī)的鐵耗、機(jī)械損耗和定子銅耗。使用EESG相比使用PMSG的優(yōu)勢(shì)在于，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流可控，可以控制磁鏈在不同功率段獲得 最小損耗；而且不需要使用成本較高的永磁材料，也避免了永磁體失磁的風(fēng)險(xiǎn)，Enercon公司主要經(jīng)營這類產(chǎn)品。 轉(zhuǎn)子由永久磁鐵組成，磁鐵固定在非導(dǎo)磁材料制成的轉(zhuǎn)子支架上，下圖是轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)圖。 （3）直驅(qū)永磁中間轉(zhuǎn)子盤式風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)盤式永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子都呈平面圓盤結(jié)構(gòu)，定子與轉(zhuǎn)子軸向交替排列，這里介紹中間轉(zhuǎn)子盤式發(fā)電機(jī)。 為更清楚的看清磁力線走向，下圖為稍側(cè)面的磁力線走向圖。由于盤式發(fā)電機(jī)通過定子繞組的的磁力線是軸向走向，在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)是繞軸運(yùn)行的，所以定子的硅鋼片是繞制的，在兩側(cè)有繞組的嵌線槽。 外轉(zhuǎn)子如同一個(gè)桶套在定子外側(cè)，由導(dǎo)磁良好的鐵質(zhì)材料制成，在“桶”的內(nèi)側(cè)固定有永久磁鐵做成的磁極，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是磁極固定較容易，不會(huì)因?yàn)殡x心力而脫落。（1）直驅(qū)式外轉(zhuǎn)子永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu) 外轉(zhuǎn)子電機(jī)的特點(diǎn)是定子在靠軸中間不動(dòng)，轉(zhuǎn)子在外圍旋轉(zhuǎn)。發(fā)電機(jī)輸出的無功功率可通過描述。當(dāng)=1時(shí)，定子的電流最小，這種情況稱為負(fù)載時(shí)的正常勵(lì)磁。區(qū)域是發(fā)電機(jī)穩(wěn)定工作范圍，因此功率角的增加不能超過穩(wěn)定極限90176。功率角的物理意義可以從時(shí)間和空間兩個(gè)角度來進(jìn)行理解。當(dāng)不變時(shí)，由畫出的曲線稱為攻角特性曲線。和之間的夾角叫做功率角。圖中，為發(fā)電機(jī)空載時(shí)定子繞組一相感應(yīng)的
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