圖3 電流60A時(shí)波形圖
圖4 電流100A時(shí)波形圖
［摘要］：本文從控制原理,，電路拓?fù)洌夹g(shù)特點(diǎn),，實(shí)驗(yàn)分析等方面簡(jiǎn)明扼要地闡述了直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變流器,。此變流器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高，電流總諧波（THD）小,，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,，呈電流源特性，易于多單元并聯(lián),。
［關(guān)鍵詞］：風(fēng)力發(fā)電 直驅(qū)式變流器 電流總諧波
Abstract：The paper briefly introduces the inverter device for direct-drive wind power generation system in the aspect of controlled-theory , circuit structure , technical features , experiment analyzing etc. The inverter also has higher power factor in line side , lower THD , quickly dynamic response . It presents the character of current-source, and it is easy to be paralleled.
Key words：Wind power generation direct – drive inverter THD
0 引言
風(fēng)力發(fā)電是目前最具有形成規(guī)?；妥罹邆渖虡I(yè)化的可再生能源技術(shù)。而實(shí)際上風(fēng)力發(fā)電在很大程度上取決于變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展,，變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)成為兆瓦級(jí)以上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主流技術(shù),。所謂變速恒頻，就是通過(guò)調(diào)速控制,，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪轉(zhuǎn)速能夠跟隨風(fēng)速的變化,，最大限度地提高風(fēng)能的利用效率，有效降低載荷,，同時(shí)風(fēng)輪及其所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí),，保證輸出的電能頻率始終與電網(wǎng)頻率一致。
變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要分為雙饋式和直驅(qū)式兩種類(lèi)型,。雙饋式由于其變流器串聯(lián)在雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中,，其容量只有系統(tǒng)總功率的1/3—1/4，有效地降低了系統(tǒng)成本,；與雙饋式相比,，直驅(qū)式采用低速永磁同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，無(wú)須齒輪箱（或半直驅(qū)式,，采用一級(jí)齒輪箱）,，也無(wú)滑輪，機(jī)械故障少，損耗小,，運(yùn)行效率高,，維護(hù)成本低，但是,，由于直驅(qū)式采用系統(tǒng)全功率傳輸,，初始成本相對(duì)高?！ ∧壳皣?guó)內(nèi)許多高校,，研究所和企業(yè)主要研究、跟蹤,，消化吸收雙饋式并網(wǎng)變流器,，而我們公司近年來(lái)利用多年研究開(kāi)發(fā)大功率變頻器主電路拓?fù)浜突仞伈⒕W(wǎng)控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，專(zhuān)注直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)控制技術(shù)的開(kāi)發(fā),，成功研制出產(chǎn)品,，并安裝調(diào)試于內(nèi)蒙古包頭市自治區(qū)項(xiàng)目中，現(xiàn)已成功運(yùn)行數(shù)月,，且無(wú)故障記錄
1控制原理
兆瓦級(jí)大功率直驅(qū)式并網(wǎng)變流器采用多單元并聯(lián)結(jié)構(gòu),，單個(gè)單元的主電路拓?fù)洳捎媒?mdash;直—交電壓型結(jié)構(gòu)，如圖1或圖2所示,，圖1采用二極管不控整流和Boost升壓穩(wěn)壓電路,，圖2采用PWM全控整流電路。
圖1 帶有Boost升壓穩(wěn)壓電路拓?fù)?/font>
采用圖1主電路拓?fù)?，通過(guò)Boost升壓穩(wěn)壓環(huán)節(jié)將很好的控制后端逆變器的輸入直流電壓,，即不管二極管不控整流的輸出直流電壓變化多大，通過(guò)Boost升壓穩(wěn)壓電路后,，其直流電壓基本穩(wěn)定,，使后端逆變器調(diào)制度范圍好，提高運(yùn)行效率,，減小損耗,，同時(shí),，Boost電路還可以對(duì)永磁同步發(fā)電機(jī)輸出側(cè)進(jìn)行功率因數(shù)校正,。
圖2 PWM整流電路拓補(bǔ)
采用圖2主電路拓?fù)洌ㄟ^(guò)PWM可控整流技術(shù),，可以很好的處理發(fā)電機(jī)端的交流電壓不穩(wěn),，諧波較大和直流側(cè)電壓變化大的問(wèn)題，是最具發(fā)展前途的主電路結(jié)構(gòu)方式,。兩種主電路各有各的優(yōu)缺點(diǎn),。控制上采用電流內(nèi)環(huán)，電壓外環(huán)雙閉環(huán)矢量控制技術(shù),。各個(gè)單元采用載波移相多重化技術(shù),，無(wú)需額外增加濾波器，便能使網(wǎng)側(cè)電流總諧波THD小于國(guó)標(biāo)5%的要求,。
2 技術(shù)特點(diǎn)
利用多年的研制低壓大功率變頻器的主電路拓?fù)浜湍芰炕仞伈⒕W(wǎng)技術(shù),，成功研制出直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變流器，并已成功用于風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目中,，該產(chǎn)品有如下技術(shù)特點(diǎn)：
（一）控制上采用電壓電流雙閉環(huán)矢量控制,，呈現(xiàn)電流源特性，電流環(huán)是直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變流器控制的核心,。
（二）變流器對(duì)電網(wǎng)呈現(xiàn)電流源特性,，容易做多單元并聯(lián)，易于大功率化組裝,，各個(gè)單元之間采用多重化載波移相,，極大的減小了網(wǎng)側(cè)電流總諧波。
（三）網(wǎng)側(cè)逆變器采用三電平電路拓?fù)?，適應(yīng)網(wǎng)側(cè)電壓范圍廣,，同時(shí)也有益于減小網(wǎng)側(cè)電流總諧波。
（四）兆瓦級(jí)變流器需多個(gè)單元并聯(lián)組合,，系統(tǒng)控制會(huì)自動(dòng)分組工作,，很容易線性化并網(wǎng)回饋功率，易于整個(gè)風(fēng)電項(xiàng)目系統(tǒng)控制,，同時(shí)有益于減小電流總諧波
（五）并網(wǎng)變流器采用先進(jìn)的PWM控制技術(shù),，可以靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功和無(wú)功功率，減小開(kāi)關(guān)損耗,，提高效率,，自動(dòng)并網(wǎng)功率最大化。
（六）具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,，根據(jù)風(fēng)電整體控制,，可以瞬時(shí)滿足大范圍功率變化要求，適應(yīng)性強(qiáng),。
（七）具有溫度,，過(guò)流，短路,，旁路,，網(wǎng)側(cè)電壓異常等各種保護(hù)功能，具有多種模擬量和數(shù)字量接口,，具有CAN總線或RS485串行總線等接口,，與風(fēng)電項(xiàng)目中的其它部分連接方便,，控制靈活。
3 實(shí)驗(yàn)波形分析
圖3,，圖4分別是網(wǎng)側(cè)電壓電流波形圖,，圖3是并網(wǎng)電流為60A時(shí)的網(wǎng)側(cè)電壓電流波形圖；圖4是并網(wǎng)電流為100A時(shí)的網(wǎng)側(cè)電壓電流波形圖,，從兩圖可以看出,，網(wǎng)側(cè)電流正弦化，且與電網(wǎng)電壓反相,，呈現(xiàn)負(fù)的單位功率因數(shù),，同時(shí)也能觀察到隨著電流的增大，網(wǎng)側(cè)電流的總諧波（THD）越來(lái)越小,，即整體效率也越來(lái)越大,。
4 小結(jié)
直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變流器采用交—直—交三電平電壓型主電路拓?fù)洌士刂齐娏髟刺匦?，容易并?lián),，易于大功率化組裝，網(wǎng)側(cè)電流正弦化,，可以軟并網(wǎng),，對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊，無(wú)污染,，可以廣泛用于風(fēng)力發(fā)電等可再生能源項(xiàng)目中,。
作者介紹：胡順全，畢業(yè)于山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院電力電子與電力傳動(dòng)專(zhuān)業(yè),，現(xiàn)就職于山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司研發(fā)部工作,，從事變頻器、可再生能源回饋裝置等電力電子變換技術(shù)的研發(fā)工作,。
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