變速恒頻交流勵磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)研究

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結(jié)構(gòu)原理

頁面更新時間：2016-02-20 09:49

　　針對交流勵磁裝置具有能量雙向流動的特點(diǎn)，采用了交直交加雙控制的解決方案，并由新型電機(jī)控制型單片機(jī)組成的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

　　關(guān)扭詞異步發(fā)電機(jī)變速恒頗交流勵磁能量雙向流動雙制，單片機(jī)控制中圖分類號文獻(xiàn)標(biāo)識碼文章編號一一s一風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電時，要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出頻率與電網(wǎng)頻率一致。

　　保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率恒定的方法有兩類①保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，從而得到恒頻的電能，即恒速恒頻，目前大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)均采用這種方式②在發(fā)電過程中讓發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化而變化，即變速恒頻。

　　由于風(fēng)能與轉(zhuǎn)速的次方成正比，允許轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)變化可以更有效地利用風(fēng)能，在效益上更加顯著，因此變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)受到越來越多的重視。

　　變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)前主要有交直交系統(tǒng)交流勵磁發(fā)電機(jī)系統(tǒng)無刷雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)磁場調(diào)制發(fā)電機(jī)系統(tǒng)同步異步變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)及電磁滑差聯(lián)接系統(tǒng)等川。

　　本文研究的是交流勵磁發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。

　　它是通過電力電子裝置向轉(zhuǎn)子饋以九人頻率和相應(yīng)幅值的電流來使輸出電壓恒頻恒幅。

　　由于交流勵磁發(fā)電機(jī)系統(tǒng)具有能量雙向流動的特點(diǎn)，過去多采用交交式變換器，但它輸出電流諧波成分較高而且輸出頻率受到限制圖。

　　目前有人采用矩陣式變換器盡管其性能優(yōu)良，具有很大潛力，集交交與交直交的優(yōu)點(diǎn)于一身，但其原理尚不成熟，仍處于研究實(shí)驗(yàn)階段。

　　本文采用的是期一黃明川男，合肥工業(yè)大學(xué)碩士生。

　　合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版年第卷第期整流端可控的對稱交直交變換器。

　　同傳統(tǒng)交直交變換器相比，不僅保持了輸出電流完全逼近正弦波的優(yōu)點(diǎn)，而且還實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)的輸入電流閉。

　　最重要的是雙向可控交直交變換器是由新型單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)進(jìn)行雙控制，解決了傳統(tǒng)交直交變換器無法進(jìn)行能量雙向流動的問題，實(shí)現(xiàn)了在次同步轉(zhuǎn)速和超同步轉(zhuǎn)速兩種狀態(tài)下變速恒頻及恒壓。

　　變速恒頻原理本文研究的是由一臺三相繞線式異步電動機(jī)和向轉(zhuǎn)子勵磁的雙向交直交逆變電源構(gòu)成的系統(tǒng)。

　　其原理如圖所示。

　　在異步發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)速關(guān)系式為幻士于人人/幾一式中定子旋轉(zhuǎn)磁勢的轉(zhuǎn)速，即同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁勢相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，當(dāng)、與方向相同時，式取號，方向相反時，取一號電網(wǎng)頻率，即輸出頻率電機(jī)極對數(shù)轉(zhuǎn)子電流頻率轉(zhuǎn)差率從公式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，由雙向交直交逆變電源供給轉(zhuǎn)子頻率為人的電流，通過改變轉(zhuǎn)子電流頻率人使發(fā)生變化來補(bǔ)償?shù)牟▌硬⒆罱K保持不變。

　　由圖可列出相應(yīng)的基本方程為子一了。

　　拼八工尸勺一門r盛一，J圖基本原理框圖圈等效電路圖一令獷一刃幾刀式中分別為電源電壓轉(zhuǎn)子饋電分別為定子電勢轉(zhuǎn)子電勢分別為定子電流轉(zhuǎn)子電流第期黃明川，等變速恒頻交流勵磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)研究分別為定子繞組電阻和電抗分別為轉(zhuǎn)子繞組電阻和電抗二分別為勵磁回路電阻和電抗分別為電流變比系數(shù)電壓變比系數(shù)由此上基本方程可導(dǎo)出雙饋發(fā)電機(jī)的相量圖，如圖所示。

　　通過分析得知圖轉(zhuǎn)子可以運(yùn)行于超同步轉(zhuǎn)速和次同步轉(zhuǎn)速兩種情況下，此時發(fā)電機(jī)能向外輸出功率，電磁功率尸一幾co叭，機(jī)械功率尸一尸轉(zhuǎn)差功率尸，尹當(dāng)轉(zhuǎn)子處于次同步轉(zhuǎn)速時，尸轉(zhuǎn)子從變頻電源翰入功率當(dāng)轉(zhuǎn)子處于超同步轉(zhuǎn)速時，尸，轉(zhuǎn)子向變頻電源輸出功率。

　　無論哪種情況，輸入機(jī)械功率總要克服電磁轉(zhuǎn)矩做功，同時向定子傳遞功率。

　　圖雙位發(fā)電機(jī)相，圖微機(jī)控制系統(tǒng)本雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)主要由三相繞線異步發(fā)電機(jī)，交直交變頻勵磁電源及勵磁變壓器組成。

　　轉(zhuǎn)速檢測元件為光電編碼器。

　　勵磁電源主電路為雙向交直交型，整流與逆變部分均為功率元件組成三相橋式電路。

　　同交交方式相比，它有明顯的優(yōu)勢，首先，成本降低，交交方式的逆變橋至少需要18只功率器件，交直交僅為12只其次，輸出電流波形幾乎完全逼近正弦波，而交交方式的波形畸變大，交直交中間直流環(huán)節(jié)慣性大，輸出受輸入影響小此外，交直交變頻勵磁電源的整流端也采用M控制，即整個系統(tǒng)為雙M控制，不僅實(shí)現(xiàn)了能量雙向流動，而且大大提高了整流的功率因數(shù)，輸入電流波形得以改善。

　　雙制已出現(xiàn)在國內(nèi)外交流傳動領(lǐng)域，但受微處理器高速輸出端口數(shù)量的限制，一般為雙結(jié)構(gòu)或單附加波形發(fā)生電路結(jié)構(gòu)，其系統(tǒng)較復(fù)雜，成本增加，可考性也降低。

　　而公司年推出的新型電機(jī)控制型單片機(jī)恰好解決了雙制的難題它除了將傳統(tǒng)的端口保留并改進(jìn)為事件處理器以外，還增加了一種能直接輸出三相波的部件波形發(fā)生器W本文的控制電路正是以單片機(jī)為核心附以外圍電路組成，波形發(fā)生器直接輸出路互補(bǔ)信號控制逆變部分，事件處理器也通過軟件高速輸出路互補(bǔ)信號控制整流部分，圓滿解決了雙M控制的問題。

　　功率器件的驅(qū)動電路以專用集成驅(qū)動電路為核心構(gòu)成，保護(hù)功能設(shè)有轉(zhuǎn)子過流輸出過壓過流與欠壓，以及轉(zhuǎn)速過低等。

　　變頻方式采用目前廣泛使用的術(shù)根據(jù)編碼器實(shí)時檢測的轉(zhuǎn)速值，由單片機(jī)產(chǎn)生頻率人一的三相脈沖，以驅(qū)動逆變電路。

　　由于異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型為一強(qiáng)藕合高階多變量方程組，用傳統(tǒng)雙閉環(huán)進(jìn)行控制非常困難，研究表明矢量控制非常適合變速恒頻發(fā)電機(jī)閉。

　　本文采用的是轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制，恰好達(dá)到轉(zhuǎn)速與輸出頻率解禍的目的。

　　控制軟件主要由主程序波形發(fā)生子程序服務(wù)子程序軟件定時子程序及一系列功能子程序組成，波形發(fā)生子程序負(fù)責(zé)逆變端控制，服務(wù)子程序負(fù)責(zé)整流端控制，軟件定時子程序與用于逆變和整流端的矢量控制算法，查詢子程序判斷能量流動方向，以判斷變換器兩端處于逆變還是整流。

　　合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版年第卷第期逆變驅(qū)動整流驅(qū)動八〔沁圖簡明控制電路圈結(jié)束語由于變頻技術(shù)的成熟與微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，變速恒頻雙饋發(fā)電機(jī)完全可以實(shí)現(xiàn)以工頻向電網(wǎng)恒頻供電，是一種很有前途的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。