【正文】 使用Simulink 搭建了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)仿真模型，并對軟并網(wǎng)控制下的軟并網(wǎng)過渡過程進(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)合過渡過程中，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，對可控硅導(dǎo)通過程進(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。(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。(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(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。大電機(jī)并網(wǎng)時(shí)，風(fēng)速較高，切入轉(zhuǎn)速應(yīng)降低。只要控制方法得當(dāng)，可使轉(zhuǎn)速和電流平穩(wěn)過渡。但與直接并網(wǎng)相比，過渡過程變長。_:200 ~ r v 11 田。Y __ _ _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。田0 卡←←.…….…一.…….…一.………….…….…….…….…一..…。 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)軟切入過渡過程變化曲線(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 ，過渡過程電流狀態(tài)量限定值設(shè)為500A 。~。. ..~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。10ltril~(， .至鋤r 39。 時(shí)間t(5)風(fēng)速為5m1s 時(shí)小電機(jī)軟切入過渡過程變化曲線 31 ?！从凇?u. I}←一|出|}←一|ω|圖410 軟并網(wǎng)過渡過程仿真示意圖 、. 、0。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。30響咽。 大電機(jī)軟切入過程仿真(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= ，過渡過程電滬、比態(tài)量限定值設(shè)為500A 。(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= ， 過渡過程電流狀態(tài)量限定值設(shè)為50A 。 小電機(jī)軟切入過程仿真(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= ， 過渡過程電流狀態(tài)量限定值設(shè)為50A 。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 。 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，需要對采用軟并網(wǎng)過渡過程進(jìn)行仿真分析。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。由于感性負(fù)載存在電流阻斷角φ 一般為15 0 39。比例與積分系數(shù)可通過仿真確定。控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的基本框架如圖49 所示[22] 。因?yàn)檐洸⒕W(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。e。 e。控制角α的計(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。因?yàn)檐洸⒕W(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(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。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)。導(dǎo)通的相序?yàn)锳+C→CB+→ B+A→ AC+→ C+B→ BA+ 。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。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。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。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 ， 。 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。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。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。由于主電路的對稱性，每半個(gè)周期只需要3 個(gè)彼此相差60。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(shí)現(xiàn)了輸出電壓從零到電源電壓的連續(xù)變化。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。相控式電路工作于過零觸發(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。在一定的導(dǎo)通比下，斬波頻率越高，感性負(fù)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。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，對可控硅和異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行簡化，本文使用圖31 描述的簡化了的等效電路模型。22(陽、章1ro 川、k髓，1 幌~.JZ39。:4時(shí)間t刨。在αψ時(shí)由于脈沖寬度不夠，電流會(huì)發(fā)生畸變。可見在感性負(fù)載下，可控硅控制角α的有效控制范圍為939。 1800 。=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)信號必須是寬脈沖，如果α=00 ，則脈沖寬度應(yīng)超過ψ。=1800 ，可控硅完全導(dǎo)通當(dāng)α〉ψ時(shí)，可控硅導(dǎo)通角。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。 當(dāng)戶600 時(shí)， α當(dāng)戶。對于異步電機(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。任意一相流過反并聯(lián)可控硅的電流基波成分的有效值為:Vnh __ 37t11th =[1 一(r + sinr)]川ωi[ 2由以上兩式可以計(jì)算出反并聯(lián)可控硅的等效阻抗:X抽=1去I=216。Khater 和Novotny 理論對三相反并聯(lián)可控硅帶純電感負(fù)載或異步電機(jī)的電路進(jìn)行了分析，最后得出如下結(jié)論[20] ?任意一相反并聯(lián)可控硅兩端電壓基波成分的有效值為:3V_LV。為此，Khater 和Novotny 給出了反并聯(lián)可控硅的電抗模型，該理論用于頻率為50Hz 的大功率電機(jī)，能夠得到滿意的效果。另外，還要考慮三相電路的特點(diǎn)以及可控硅觸124華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文α與負(fù)載功率因數(shù)角ψ的值的不同等因素，使得電路的分析變得十分復(fù)雜。ε 〉川罔時(shí)審時(shí)帶回響1000. . 0 。 ~...J10田目。~ ..、.39。EEω 回橫罪魁αυmO o39。: } 冉二iH jjinuJEEEEEBEBEEP39。 i4.、{氣氣 miJt 二、惱39。EA T 『e c ， 飛iiiiuUijhoi h JiDEj、jiγ44 園、. u 嚕?? ,.? 、.6 噸目E。J斗39。udk‘hJiE:17::! dJiui … XYι0?.lf ikiHi 、i 氈，..i 、盧f iJi u、L ji J 丁IdEUf圄i…… 儼\…一時(shí)國二. 、uiuIi 、. 、國39。1年JJ ，川jdJj 飛39。iks 畫白39。j. dy p iJL萄(!39。.、 i z u 二、盧 JF hK】咯I Li 。 。 。使用Simulink 對純阻性負(fù)載的三相可控硅調(diào)壓電路進(jìn)行了仿真分析，在純阻性負(fù)載下負(fù)載電流電壓和可控硅控制角α的關(guān)系如圖44 所示。IUc+ SCR SCR圖43 軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)主電路仿真模塊由SCR 模塊輸入的可控硅門極觸發(fā)信號在Simulink 中為一個(gè)6 維脈沖，其中的每一維分別控制一只可控硅，所以需要在可控硅的門極前使用多維選擇器將脈F信號分離。軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)主電路仿真模型和其封裝后的子系統(tǒng)如圖43 所示。軟并網(wǎng)過程結(jié)束后，為減少主電路各器件的功耗，旁路接觸器閉合，才控硅支路短接。由于可控硅屬貴重元器件，承受電壓與電流沖擊的能力較差。6 只可控硅SCRlSCR6 將電機(jī)與電網(wǎng)連接在一起。 軟并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主電路分析異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要由觸發(fā)電路、反并聯(lián)可控硅電路和異步發(fā)電機(jī)組成，軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖41 所示[4][勻。為更方便對軟并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，給出了可控硅等效電抗模型，對可控硅的觸發(fā)方式進(jìn)行了討論。本章對軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)的分析是確定軟并網(wǎng)控制策略的基礎(chǔ)。初始切入轉(zhuǎn)速點(diǎn)的設(shè)定以某時(shí)刻能夠以當(dāng)前轉(zhuǎn)速加速度在238 內(nèi)加速到同步轉(zhuǎn)速為宜，這樣軟切入過渡過程時(shí)間可以控制在28 以內(nèi)[4][12][1 3] [1 4] 。(4) 可控硅完全導(dǎo)通的時(shí)刻與電機(jī)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的時(shí)刻盡可能接近。(2) 軟并網(wǎng)裝置應(yīng)限流可靠，將過渡過程沖擊電流限定在盡可能低的范圍內(nèi)，減小可控硅的容量。成功的異步風(fēng)電機(jī)組軟并網(wǎng)控制需要達(dá)到以下幾個(gè)方面的要求:(1)軟并網(wǎng)過程時(shí)間盡可能短。本文所選用機(jī)組中大發(fā)電機(jī)額定電流為540A. 一般軟并網(wǎng)時(shí)，沖擊電流應(yīng)小于大發(fā)電機(jī)額定電流，如果過渡過程沖擊電流超過大發(fā)電機(jī)額定電流，則認(rèn)為軟并網(wǎng)失敗。所以為了保證軟并網(wǎng)裝置能有足夠的過渡時(shí)間，在風(fēng)速較高的情況下，需要將切入轉(zhuǎn)速預(yù)置點(diǎn)下調(diào):反之，將切入轉(zhuǎn)速預(yù)置點(diǎn)上調(diào)，以縮短軟切入過渡時(shí)間。 1:2 時(shí)r司t(5) 圖39 大發(fā)電機(jī)在風(fēng)速為13 m1s 時(shí)直接井入電網(wǎng)過渡過程20華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文從圖38 和39 中可以看到，大電機(jī)直接并網(wǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的瞬間沖擊電流，可達(dá)到大電機(jī)額定電流的7 至8 倍以上，這將會(huì)對電網(wǎng)造成很大的沖擊。二12回...8??,....., .???? 4 . .UVELa、淚、Aa『、 0日1:0 1:2時(shí)間t(s)0:21白q~1139。39。、l???l?..生、???.『Etli』1 dE 、?? ,‘i::::::::…可‘ 44: ih...u....‘.?......,.曠V4A 四lit?l?e pw.Iu . ，川39。 1139。,?..39。:,:p:139。 … l、唱伊丁39。39。1426EP1am ??,JE.，} 二.二i一町???...39。叫』4 ，.i 晴.,????、.....2 、...4??、.?....。ii????.?=39。39。jj.‘.?,39。uli戶，s 田、..??t.j守??U 叫. 、.u.翻翻翻礎(chǔ)IJ I、(εζε←輯部丑薛孚hhd 民 2004目。dRE R E E E . 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