內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 風(fēng)力發(fā)電作為新興可再生能源的重要組成部分，風(fēng)電機(jī)組的核心技術(shù)是變流 器。本文通過理論分析、仿真試驗(yàn)和樣機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)網(wǎng)側(cè)變流器的結(jié)構(gòu)、控制理論 以及其工作特性三個(gè)方面進(jìn)行研究。 首先，在研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)i g b t 橋路與電網(wǎng)之間的l 和l c l 濾波器進(jìn)行分 析，發(fā)現(xiàn)l c l 濾波器的變流器控制結(jié)構(gòu)與單電感l(wèi) 結(jié)構(gòu)的一致性，并推導(dǎo)出l c l 濾 波器變流器的簡(jiǎn)化控制數(shù)學(xué)模型。通過基于d s p 的能量回饋?zhàn)兞髌鲗?shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)基于 電壓前饋的電流解耦控制策略進(jìn)行了試驗(yàn)。 一個(gè)典型的電壓型p w m 變流器包括三個(gè)部分：線性濾波器，逆變橋路和直流電 壓環(huán)節(jié)。單電感器l 是最常用的線性濾波器。此外，l c l 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比l 型濾波器具 有更好的諧波衰減特性和更好的線路電壓抗擾動(dòng)能力。 其次，在三相靜止、兩相靜止及兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上建立了三相電壓型p w m 變流 器的高頻和低頻數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上對(duì)三相電壓型p w m 變流器的控制進(jìn)行了詳細(xì) 的理論分析，并對(duì)橋路的s v p w m 和s p w m 調(diào)制方法進(jìn)行比較分析，構(gòu)建了 s v p w m 調(diào)制與同步坐標(biāo)系下的p i 解耦控制的具體控制方法。 在研究s v p w m 和s p w m 調(diào)制方法時(shí)，發(fā)現(xiàn)s p w m 和s v p w m 算法本質(zhì)是一 致性的。其直流電壓利用率高。為避免諧波問題，在進(jìn)行樣機(jī)試驗(yàn)時(shí)，選擇了線電 壓作為檢測(cè)參數(shù)，從而減小了系統(tǒng)輸出的低次諧波。 為了將直流側(cè)的直流電能逆變?yōu)榻涣麟娔?，提高逆變電能質(zhì)量，主要工作集中 在對(duì)不同控制方案和檢測(cè)方法的研究上。另一個(gè)研究發(fā)現(xiàn)l c l 濾波比單電感l(wèi) 濾波 變流器具有更好的工作特性。 第三，為了更深入了解基于同步p i 解耦控制結(jié)構(gòu)的工作特性，利用仿真和試驗(yàn) 樣機(jī)對(duì)電網(wǎng)正常和異常情況下的變流器工作情況進(jìn)行研究。特別是在電網(wǎng)出現(xiàn)失電 或進(jìn)入低電壓狀態(tài)時(shí)，對(duì)網(wǎng)側(cè)變流器的工作狀態(tài)和保護(hù)進(jìn)行了研究。 當(dāng)電網(wǎng)失電時(shí)，變流器將進(jìn)入孤島狀態(tài)。提出了反孤島控制方案。這個(gè)反孤島 方案是基于兩個(gè)部分：正反饋和d q 坐標(biāo)系下控制結(jié)構(gòu)。此外，電網(wǎng)電壓跌落故障的 快速準(zhǔn)確檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)風(fēng)電系統(tǒng)安全運(yùn)行及低電壓穿越能力的重要前提條件。 最后需要說明的一點(diǎn)是為方便觀測(cè)交流電壓和電流波形的幅值和相位，在仿真 和試驗(yàn)時(shí)，所選電流的參考方向不同。當(dāng)變流器在發(fā)電狀態(tài)時(shí)，以電網(wǎng)為參考正方 向，則單位功率因數(shù)下網(wǎng)側(cè)電流和電壓相位互差1 8 0 0 ：而以變流器為參考為正方向 時(shí)，網(wǎng)側(cè)電壓和電流同相位。 關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電：變流器：空間電壓矢量脈寬調(diào)制；同步p i 電流控制；防孤島 n 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a e t w i n dp o w e rw i l lb e c o m eo n eo fi m p o r t a n tp i l l a ri nt h ef u t u r ew o r l de n e r g y 1 1 1 ec o r e t e c h n o l o g yo f w i n dp o w e ri sc o n v e r t e r i nt h i sp a p e r , t h r o u g ht h e o r e t i c a la n a l y s i s ，s i m u l a t i o n a n dt h eg d d s i d ec o n v e r t e re x p e r i m e n t a lp l a t f o r ms t u d yt h et h r e ea s p e c t s 酣d - s i d ec o n v e r t e r a b o u tc o n s t r u c t ，c o n t r o lt h e o r ya n dc h a r a c t e r i s t i c s a tf as t ，w h e ns t u d i e dc o n v e r t e rs y s t e ms t r u c t u r e ，a n a l y s i st h ed i f f e r e n tb e t w e e nt h e i g b tb r i d g ea n dt h ela n dl c l f i l t e r s ，a n df i n dc o n t r o ls t r u c t u r eb a s e do nt h ela n dl c l c o n v e r t e rf i l t ei ss a m e ，a n dd e r i v el c lf i l t e rs i m p l i f i e dm a t h e m a t i c a lc o n t r o lm o d e l a n o t h e rt i m e ，t h em o d e lb a s e do nt h ev o l t a g ef e e d f o r w a r dd e c o u p l i n gc o n t r o ls t r a t e g yw a s t e s t e dt ou t i l i z et h ef e e d b a c ko ft h ee n e r g yc o n v e r t e re x p e r i m e n t a lp l a t f o r mb a s e do nd s p a t y p i c a lv o l t a g es o u r c ep w m c o n v e r t e rc o n f i g u r a t i o nc o n s i s t so f t h r e ep a r t s ：l i n ef i l t e r , b r i d g ea n dd cv o l t a g el i n k a l s ot h el c l - t o p o l o g yh a sh i g h e ra t t e n u a t i o na b o v et h e r e s o n a n c ef r e q u e n c ya n db e t t e rl i n ev o l t a g ed i s t u r b a n c er e j e c t i o nc a p a b i l i t yc o m p a r e dt ot h e l f i l t e r t h es e c o n da s p e c t , t h ev o l t a g es o u r c ec o n v e r t e rl o w f r e q u e n c ym a t h e m a t i c a lm o d e l s a n dh i 。g hf r e q u e n c ym a t h e m a t i c a lm o d e l sa r es e tu pi na b c c o o r d i n a t e ，0 【dc o o r d i n a t e ，a n d d qc o o r d i n a t e o nt h eb a s i so ft h r e e - p h a s ev o l t a g es o u r c ep w m c o n v e r t e rc o n t r o lc a r r i e do u t ad e t a i l e dt h e o r e t i c a la n a l y s i s ，a n db o t l lt h es v p w ma n ds p w mm o d u l a t i o nm e t h o da r e c o m p a r e da n da n a l y z e dt og e tas p e c i f i ci m p l e m e n t a t i o nb a s e do ns v p w m m o d u l a t i o na n d s y n c h r o n o u sc o o r d i n a t e sp id e c o u p l i n gc o n t r o lt h e w h e ns v p w ma n ds p w mm o d u l a t i o nm e t h o da r es t u d i e d i tw a sf o u n dt h a t a l g o r i t h mn a t u l 屯o fs p w ma n ds v p w m i ss a m e i no r d e rt oa v o i dh a r m o n i cp r o b l e m s , d u r i n gt h ep r o t o t y p et e s t , s e l e c tt h el i n ev o l t a g ea sad e t e c t e ds i g n a l ，t h e r e b yr e d u c i n gt h e s y s t e m sl o wh a r m o n i co u t p u t i no r d e rt om a k ed ce n e r g yc h a n g ei n t oa ce n e r g ya n di m p r o v ep o w e rq u a l i t yi s s u e s ， m o r er e s e a r c hh a dp e r f o r m e dt oi n v e s t i g a t et h ep o w e rq u a l i t yi s s u e st h r o u g ht os t u d y d i f f e r e n tc o n t r o ls y s t e mp r o g r a ma n dd i f f e r e n td e t e c tw a y a n o t h e ra s p e c tf o rm o l e w o r ki s t h a tt h el c l f i l t e ra n dl - f i l t e ra r es t u d i e da n df i n dp e r f o r m a n c eo fl c l - f i l t e ri st h eb e s t t h et h i r da s p e c t ，i no r d e rt os t u d ys u u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c sb a s e do ns y n c h r o n o u sp i d e c o u p l i n gc o n t r 0 1 t h r o u g h s i m u l a t i o na n dt e s tu n i te q u i p m e n t , r e s e a r c hc o n v e r t e r c h a r a c t e r i s t i c sw h e nt h e 鰣di sn o r m a la n da b n o r m a ls i t u a t i o n s e s p e c i a l l y ，w h e nt h ep o w e r g d dc o m ei n t on op o w e r o rl o w - v o l t a g ep o w e rs t a t e ，s t u d yt h e 鰣d - s i d ec o n v e r t e rh o wt o w o r ka n dh o wt ob ep r o t e c t e d n 1 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 w h e ng r i di sn o tp o w e r ，t h ec o n v e 他q w i l le n t e rt h ei s l a n ds t a t e i no r d e rt oo v e r c o m e t h e s ep r o b l e m s , u s eap o s i t i v ef e e d b a c ka n t i i s l a n d i n gc o n t r o lw a y t h ea n t i i s l a n d i n g p r o g r a mi sb a s e do nt w op a r t s ：p o s i t i v ef e e d b a c ka n dt h ed qc o n t r o ls t r u c t u r ei nc o o r d i n a t e s y s t e m i na d d i t i o n , w h e n 酣dv o l t a g ei sl o w ，t h ep o w e rs y s t e mr e q u i r e m e n t so fw i n dt u r b i n e w i t hl o wv o l t a g er i d et h r o u g ha b i l i t y t h ef a s ta n da c c u r a t ed e t e c t i o no ft h ep o w e rv o l t a g e d r o pi sa b l et oe n s u r et h es a f eo p e r a t i o no fw i n dp o w e rs y s t e m sa n di t i sa ni m p o r t a n t p r e c o n d i t i o nc o n d i t i o no fl v r t ( l o wv o l t a g e 硒d et h r o u g h ) f e a t u r e s i tc a na l s om e e t n e e do f t h r e e - p h a s ep o w e rv o l t a g ed r o pt ob ed e t e c t e d f i n a l l y ，t h e r ei san o t e ，i no r d e rt oo b s e r v et h ea m p l i t u d ea n dp h a s eo fv o l t a g ea n d c u r r e n tw a v e f o r mr e l a t i o na n dp h a s ea n g l er e l a t i o n b i f f e r e n tc u r r e n to r i e n ti ss e l e c t e df o r s i m u l a t i o na n dt e s t w h e n 鰣dp o w e ri sa sao r i e n t , p h a s ea n g l eb e t w e e nc u r r e n ta n dv o l t a g e i s18 0ow h e nc o n v e r t e rw o r ka sc o n v e r t e r c o n v e r t e ri sa so r i e n ti no r d e rt h a ti ti se a s y o b s e r v i n gp h a s ea n g l ed i f f e r e n c eb e t w e e nv o l t a g ea n dc u r r e n t a n g l ei ss a m eb e t w e e nt h e v o l t a g ea n dc u r r e n tw h e nc o n v e r t e ri si n v e r t e ri nu n i t yp o w e r f a c t o r k e yw o r d s ：w i n dp o w e r ；c o n v e r t e r ；s v p w m ；s y n c h r o n o u sp ic u r r e n tc o n t r o l ； a n t i i s l a n d i n g 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 獨(dú)創(chuàng)性說明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工 作及取得研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方 外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含為獲得 內(nèi)蒙古科技大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一 同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并 表示了謝意。 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 ，。6 | l 。 本人完全了解內(nèi)蒙古科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 即：學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？?以公布論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保 存論文。 ( 保密的論文在解密后應(yīng)遵循此規(guī)定) 耍嘲 1日期： 內(nèi)蒙古科技火學(xué)碩士學(xué)位論文 引言 風(fēng)電是一個(gè)非常好的課題，由于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的成本高且穩(wěn)定性較差，風(fēng)電尚不能與 常規(guī)能源進(jìn)行商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，風(fēng)電場(chǎng)的投資收益率也遠(yuǎn)低于火電，如果沒有先進(jìn)技術(shù)或額外資 金的支持，則難以大規(guī)模商業(yè)化推廣。在國(guó)家“十一五”計(jì)劃及2 0 2 0 年遠(yuǎn)景規(guī)劃中，到 2 0 1 0 年，風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到5 0 0 0 k w ；到2 0 2 0 年，風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到3 0 0 0 0 k w 。而 至2 0 0 5 年底，全國(guó)風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量?jī)H為1 2 6 0 k w 。如此巨大的風(fēng)電項(xiàng)目開發(fā)空間，必然 會(huì)為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究開發(fā)提供更多的項(xiàng)目源。 目前我國(guó)的風(fēng)能利用與國(guó)際水平還有一定差距，八十年代我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組均從國(guó)外 引進(jìn)，九十年代，通過自主開發(fā)，對(duì)外合作和技術(shù)引進(jìn)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)裝備正在逐漸實(shí)現(xiàn) 國(guó)產(chǎn)化。但其中的變流器控制的核心技術(shù)仍然掌握在少數(shù)西方發(fā)達(dá)國(guó)家的幾大電器公司手 中，因此有必要對(duì)變流器進(jìn)行深入研究，以實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。 目前風(fēng)電機(jī)組主要有兩大類機(jī)型，即恒速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組和變速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組。恒 速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組一般采用雙繞組結(jié)構(gòu)( 4 極6 極) 的異步發(fā)電機(jī)，雙速運(yùn)行。在高風(fēng)速 段，發(fā)電機(jī)運(yùn)行在較高轉(zhuǎn)速上，4 極電機(jī)工作：在低風(fēng)速段，發(fā)電機(jī)運(yùn)行較低轉(zhuǎn)速上，6 極電機(jī)工作。一般單機(jī)容量為6 0 0 , - 一7 5 0 k w 的風(fēng)電機(jī)組多采用恒速運(yùn)行方式，其優(yōu)點(diǎn)是風(fēng) 力機(jī)控制簡(jiǎn)單，可靠性好，缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)速基本恒定，而風(fēng)速經(jīng)常變化，因此風(fēng)力機(jī)經(jīng)常 工作在風(fēng)能利用系數(shù)( c p ) 較低的點(diǎn)上，風(fēng)能得不到充分利用。 變速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組一般采用雙饋異步發(fā)電機(jī)或多極同步發(fā)電機(jī)。雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè) 通過功率變換器( 一般為雙p w m 交直交型變換器) 連接到電網(wǎng)。該功率變換器的容量?jī)H 為電機(jī)容量的l 3 ，并且能量可以雙向流動(dòng)，這是這種機(jī)型的優(yōu)點(diǎn)。多極同步發(fā)電機(jī)的定 子側(cè)通過不可控整流，然后使用d c d c 升壓后，通過p w m 變流器將直流電轉(zhuǎn)換為與單 位功率因數(shù)的交流電能送入電網(wǎng)。該變流器器的容量要大于等于電機(jī)的容量，其缺點(diǎn)是 d c d c 升壓電路產(chǎn)生的高壓脈沖可能會(huì)擊穿發(fā)電機(jī)繞組的絕緣?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)仍 以恒速運(yùn)行為主，但變速運(yùn)行的方式必將取代恒速運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。 風(fēng)力發(fā)電是否能夠順利并入一個(gè)國(guó)家或地區(qū)電網(wǎng)，主要取決于電力系統(tǒng)對(duì)供電波動(dòng)反 應(yīng)的能力。中國(guó)目前已建的風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量都比較小，通常接入附近的地區(qū)配電網(wǎng)。由 于配電網(wǎng)中缺少電源支撐，原有的無功及電壓控制裝置都沒有考慮風(fēng)電場(chǎng)的影響。當(dāng)風(fēng)電 場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行后，風(fēng)電功率的變化將引起局部系統(tǒng)的母線電壓和線路潮流發(fā)生改變，因此風(fēng) 電接入電力系統(tǒng)時(shí)，需要考慮以下問題 3 1 ：風(fēng)能為間歇性能源，風(fēng)電場(chǎng)的有功和無功功率 將隨風(fēng)速的變化而變化；在分析風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)時(shí)，需要考慮風(fēng)電機(jī)組功率波動(dòng)范圍 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 大對(duì)地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行可能產(chǎn)生的影響；另外當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)低電壓時(shí)，風(fēng)機(jī)的低電壓穿越能力也 需要考慮。 目前7 5 0k w 以下的風(fēng)電機(jī)組絕大多數(shù)是異步發(fā)電機(jī)組，輸出有功功率的同時(shí)還要從 電網(wǎng)中吸收一定的無功功率，不具有維持和調(diào)節(jié)機(jī)端電壓水平的能力。對(duì)于兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī) 組，主流機(jī)型所采用變速恒頻風(fēng)電機(jī)組從原理上講可以在線連續(xù)調(diào)節(jié)功率因數(shù)，但目前普 遍采用的是恒功率因數(shù)控制模式，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組并入弱電網(wǎng)時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)引起的電壓偏差將可 能是一個(gè)問題。隨著風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量在電網(wǎng)中所占比例的增加，風(fēng)力發(fā)電和電力系統(tǒng)的相 互影響將成為制約風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)規(guī)模的因素。這就迫切需要研究風(fēng)能資源豐富區(qū)域電網(wǎng)接受 風(fēng)電的能力及需要的條件，制定風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的技術(shù)規(guī)程。 風(fēng)電技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)除了上述幾點(diǎn)外?，F(xiàn)在，風(fēng)電市場(chǎng)上銷售的商業(yè)化機(jī)組容量一般為 6 0 0 一- 2 5 0 0 k w ，單機(jī)容量最大的風(fēng)電機(jī)組是由德國(guó)r e p o w e r 公司生產(chǎn)的，容量為5 m w ， 預(yù)計(jì)2 0 1 0 年將開發(fā)出1 0 m w 的風(fēng)電機(jī)組。日本富士公司也已成功研制了電源再生裝置。 國(guó)內(nèi)關(guān)于能量回饋控制的研究雖然有所報(bào)道，但產(chǎn)品仍不成熟。目前，國(guó)內(nèi)只能生產(chǎn) 7 5 0 k w 以下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，兆瓦級(jí)風(fēng)電設(shè)備主要依賴進(jìn)口。 由于變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有較高的能量捕獲效率，目前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)已由定速風(fēng)機(jī)發(fā) 電系統(tǒng)向變速風(fēng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展。在變速系統(tǒng)中，變速風(fēng)機(jī)必須使用電力電子變流裝置， 這種電力電子裝置通常分為兩個(gè)部分：一部分與發(fā)電機(jī)相連，將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的變壓變頻交 流電轉(zhuǎn)換為直流電，稱為電機(jī)側(cè)變流器；另一部分與電網(wǎng)相連，將電機(jī)側(cè)變流器產(chǎn)生的直 流電逆變?yōu)橥嗟恼医涣麟娝腿牍秒娋W(wǎng)或局域網(wǎng)。 電力電子變流器是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中關(guān)鍵核心技術(shù)之一，盡管這些技術(shù)已經(jīng)投入使用， 但并網(wǎng)變流器的控制仍不完善，國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電研究機(jī)構(gòu)一直對(duì)其進(jìn)行研究和討論，具有 非常高的技術(shù)含量。本論文將風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)側(cè)電壓型變流器作為研究方向，對(duì)前端的d c d c 或a c d c 變流器不作為研究對(duì)象。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 緒論 1 1 風(fēng)力發(fā)電概述 風(fēng)能是太陽(yáng)能的一種轉(zhuǎn)換形式。據(jù)估計(jì)，到達(dá)地球的太陽(yáng)能中雖然只有大約2 轉(zhuǎn)化 為風(fēng)能，但其總量仍是十分可觀的，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大1 0 倍。據(jù)中 國(guó)氣象科學(xué)研究院估算，在中國(guó)，1 0 m 高度可開發(fā)的風(fēng)能為1 0 億k w 以上( 陸地2 5 億 k w ，海上7 5 億k w ) 。 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)受到世界各國(guó)的高度重視。2 0 0 3 年，全球風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量達(dá) 3 2 0 0 0 m w ，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電過去1 0 年以年均5 5 的高速增長(zhǎng)，到2 0 1 0 年風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘?可達(dá)4 0 0 萬k w 以上。風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢(shì)有： ( 1 ) 成本低，可以與核能、煤和燃?xì)庠趯?duì)等的 規(guī)則下競(jìng)爭(zhēng)。( 2 ) 其動(dòng)力是免費(fèi)的、充裕的，且取之不盡，用之不竭。( 3 ) 不需要燃料，不會(huì) 排放c 0 2 。( 4 ) 組合式設(shè)計(jì)，可以迅速安裝。( 5 ) 不防礙土地的使用，工業(yè)和農(nóng)業(yè)活動(dòng)可以 繼續(xù)在塔架周圍進(jìn)行【lj 。 從2 0 年前推出的樣機(jī)開始，風(fēng)電技術(shù)經(jīng)過長(zhǎng)期發(fā)展的歷程，今天的發(fā)電機(jī)組研究已 經(jīng)成為一項(xiàng)先進(jìn)的現(xiàn)代高新技術(shù)。當(dāng)前一臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，比2 0 年前的機(jī)組功率大2 0 0 倍， 現(xiàn)代的風(fēng)電發(fā)電廠生產(chǎn)出來的電量之大，已經(jīng)可以與常規(guī)電廠相媲美。發(fā)電機(jī)組的核心技 術(shù)就是電力電子設(shè)備，目前，電力電子設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用在大、中、小容量的風(fēng)力發(fā)電系 統(tǒng)中【i 】，要以最低的成本生產(chǎn)出最多的電能，就必須對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的電力電子設(shè)備進(jìn) 行不斷的研究。 1 2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓型變流裝置 公共電網(wǎng)對(duì)于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出電能的電壓幅值、頻率、功率因數(shù)和諧波畸變因數(shù)都 有明確要求，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)隨著風(fēng)速的變化，其轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，這就造 成發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能，其電壓幅值和頻率可能達(dá)不到電網(wǎng)的要求，為此必須在風(fēng)力發(fā)電系 統(tǒng)與電網(wǎng)之間引入電力電子變流裝置，才有可能將變化的風(fēng)能送入電網(wǎng)。 因此，變流裝置必須具有穩(wěn)壓、逆變和相位鎖定功能。電力變流技術(shù)能夠在電源和負(fù) 載之間，利用電力電子開關(guān)器件的通、斷控制，改變電壓、電流、頻率、相位來實(shí)現(xiàn)電能 的變換和控制。變流裝置則是能實(shí)現(xiàn)這種電能變換和控制的變流電路。 電壓型變流器基本可分為兩種：a c - d c a c 背靠背式電壓型變流器和d c d c 加i x ； a c 結(jié)構(gòu)電壓型變流器。 1 2 1a c d c a c 背靠背式電壓型變流器 電壓型變流器可以根據(jù)不同電源相數(shù)分為單相和三相電路。在大中型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中 常以兩個(gè)三相橋式p w m 變流器組成a c d c a c 電壓型背靠背變流電路。此電路的最大特 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 點(diǎn)是兩個(gè)橋路中間并電容。其電路如下： 圖1 1 電壓型背靠背變流器主電路圖 這種交直交變流器組成的變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中最顯著的特點(diǎn)是：一組變流器與風(fēng)力 發(fā)電機(jī)連接，稱為電機(jī)側(cè)變流器；另一組與電網(wǎng)連接，稱為網(wǎng)側(cè)變流器；中間為直流電容 構(gòu)成的直流環(huán)節(jié)。整個(gè)變流器將風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)連接在一起，從而通過變速控制使風(fēng)力 機(jī)始終運(yùn)行在最佳功率負(fù)載線上。 網(wǎng)側(cè)變流器也采用i g b t 組成的三相電壓源型p w m 變流器作為的核心裝置。而并網(wǎng) 變流器通過交流側(cè)的輸出濾波器與三相電網(wǎng)直接相連，根據(jù)圖1 1 可知，并網(wǎng)變流器與無 源逆變器不同，其濾波器輸出電壓受電網(wǎng)電壓鉗位。如果忽略電力傳輸線電感電阻的影 響，濾波器輸出電壓就完全等同于電網(wǎng)電壓，而對(duì)于并網(wǎng)變流器來說，電網(wǎng)電壓是不受控 的，因此只能通過控制變流器橋臂輸出電壓的幅值與相位，從而控制并網(wǎng)變流器的運(yùn)行模 式，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的能量交換。并網(wǎng)變流器控制系統(tǒng)的目的就是通過選擇合 適的控制變量，構(gòu)建閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)來控制并網(wǎng)變流器的有功無功分量，但由于網(wǎng)側(cè)變流器 系統(tǒng)的性能要求和輸出濾波器的結(jié)構(gòu)互不相同，因此所采用的控制策略也有所不同。 1 2 2d c d c 加d c a c 電壓型變流器 這種變流器與背靠背變流器的不同之處就在于，其與電機(jī)連接的是由二極管橋路組成 的不可控整流橋，不可控整流橋?qū)l(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電整流成直流，再經(jīng)升壓斬波器升至 所需直流電壓，最后通過網(wǎng)側(cè)p w m 變流器與電網(wǎng)相連，如圖1 2 。 ，y 、r n z、 2iz、 _ 門q 趣_ 以由網(wǎng) 。u 。u j 搏 r 一 匕j ，、v ，l z ：、 l 1k1 巳1 己 一u ，_ r r 、mn 己么時(shí)，三相變流器既可運(yùn)行于整流模式，又 可運(yùn)行于有源逆變模式，若運(yùn)行于有源逆變模式時(shí)，三相變流器將直流側(cè)電能向電網(wǎng)側(cè)輸 送，有時(shí)也稱這種模式為再生發(fā)電模式；當(dāng)點(diǎn) 己么時(shí)，電網(wǎng)向直流側(cè)輸送電能，三相變流 器則運(yùn)行于整流模式。因此p w m 變流器可實(shí)現(xiàn)電能的雙向傳輸，可滿足變速恒頻風(fēng)力發(fā) 電組的并網(wǎng)需求。 為深入分析和研究p w m 變流器的工作機(jī)理及動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性，根據(jù)三相p w m 變流 器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用電路基本定律( 基爾霍夫電壓、電流定律) 在三相靜止坐標(biāo)系、兩相靜止 坐標(biāo)系和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中建立了三相p w m 電壓型變流器的高頻數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)高頻 數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化得到低頻模型。 高頻數(shù)學(xué)模型采用開關(guān)函數(shù)描述的一般數(shù)學(xué)模型是對(duì)三相p w m 電壓型變流器開關(guān)過 程的精確描述，適合于精確的反映系統(tǒng)的特性，但是因?yàn)榘碎_關(guān)過程的高頻分量，很 難用于控制器的設(shè)計(jì)。 低頻模型適合于控制系統(tǒng)的分析，并可直接用于控制器的設(shè)計(jì)。由于這類模型忽略了 開關(guān)過程的高頻分量，不能進(jìn)行精確的反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 為建立模型，在建立數(shù)學(xué)模型之前，先作以下假設(shè)： ( 1 ) 交流電源為三相對(duì)稱理想電源( 、e b 、p 0 ； ( 2 ) 開關(guān)為理想開關(guān)，忽略開關(guān)死區(qū)時(shí)間； ( 3 ) 網(wǎng)側(cè)濾波電感j 已是線性的，且不考慮飽和： ( 4 ) 功率開關(guān)管損耗以電阻以及電感內(nèi)阻用r 等效表示； ( 5 ) 為描述變流器能量的雙向傳輸，三相變流器其直流側(cè)負(fù)載由電阻毗和直流電動(dòng) 勢(shì)e 串聯(lián)表示。 2 1p w m 變流器的高頻數(shù)學(xué)模型 高頻模型采用開關(guān)函數(shù)描述，它能準(zhǔn)確反應(yīng)高頻運(yùn)作機(jī)理，是一種精確的模型。但在 這種數(shù)學(xué)模型中，交流側(cè)均為時(shí)變交流量，不利于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為此，可通過坐標(biāo)變換 將三相對(duì)稱靜止坐標(biāo)系( 口，b ，c ) 轉(zhuǎn)換成以電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的( d ，q ) 坐標(biāo)系。經(jīng) 坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換后，三相對(duì)稱靜止坐標(biāo)系中的基波正弦變量將轉(zhuǎn)化成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直 流量。由于采用開關(guān)函數(shù)描述的變流器數(shù)學(xué)模型包括了其開關(guān)過程的高頻分量，因此 p w i v i 變流器高頻數(shù)學(xué)模型 2 2 , 4 1j 可由下式表示。 2 1 1 三相靜止坐標(biāo)系下的高頻數(shù)學(xué)模型 對(duì)三相變流器橋路的開關(guān)信號(hào)s 做如下的定義： k 翟七簍璧蘭翌，三簍璧耋鑒 ( 七韌、6 、c ) ( 式2 1 ) k 相上橋臂關(guān)斷，下橋臂導(dǎo)通 。 一一 設(shè)三相電網(wǎng)相電壓和電流分別為： 其中，砜為電網(wǎng)相電壓峰值，為電網(wǎng)的角頻率。 ii 。= i 。c o s ( c o t + 伊) f 6 = i 。c o s ( c o t + 妒一2 r c 3 ) 【i c = ，。c o s ( c o t + 伊+ 2 n 3 ) 其中，厶為電網(wǎng)相電流峰值，妒為電網(wǎng)電壓和電流的相位差。 由p w m 變流器原理圖如圖2 1 所示，根據(jù)基爾霍夫電壓定律，列寫三相高頻數(shù)學(xué)模 型的a 、b 、c 三相回路方程： l m i i = & & rfll ，j ，) ， 兀 冗 2 2 ，一 + f r f 糾 研 講 義義文 0 0 0 c c c 腳 研 肌 u u u = = = 口 6 f p p g ，jl 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 三等枷乞叫。一u d c s a - - l 根i b = e o - u 鏟b - u g o 哮枷：p 。一u d c s c - - 考慮三相對(duì)稱系統(tǒng)，則三相電網(wǎng)電壓、電流關(guān)系式： 將式( 2 2 ) 代人( 2 3 ) 式得： u = 一爭(zhēng)勘 ( 式2 2 ) ( 式2 3 ) ( 式2 4 ) 因?yàn)檠芯孔兞髌鲾?shù)學(xué)模型的目的是為了探究如何對(duì)其進(jìn)行控制，通過對(duì)三相高頻數(shù)學(xué) 模型方程( 式2 2 ) 的分析可知，( 式2 2 ) 中電網(wǎng)電壓是不可控的，方程右側(cè)的后兩相可 以合并為一項(xiàng)，其合并的結(jié)果正好等于橋臂中點(diǎn)電壓值，現(xiàn)設(shè)橋臂中點(diǎn)相電壓為 u k ( k = a , b , c ) ，則只要控制橋臂中點(diǎn)相電壓就可以控制交流側(cè)電網(wǎng)電流。那么橋臂中點(diǎn)相電 壓可表示為： 從而將( 式2 2 ) 變換為： 三盟：p 盟：p 墮：p r i 。一擾。 一r i 6 一u6 一r i 。一u 。 另外，對(duì)直流側(cè)電容正極節(jié)點(diǎn)處應(yīng)用基爾霍夫電流定律，得 ( 式2 6 ) c 等小倆+ s c 一 l - 諷忡。一警( 枷 = o c = “p + + 0 z 式 如如 + + + 靠甄品 + + + 如勘 翰 弛撕瓶 ， ， 一 一 一 口 6 ： k h k 出 出 出如以兒 i | = = 咖咖咖 + + + 出 出 出 如如比如如& = = l j 如鰳如 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 聯(lián)立( 式2 5 ) 至( 式2 7 ) ，得三相變流器交流側(cè)和直流側(cè)高頻數(shù)學(xué)模型為： 一ro o s 。+ 了1 ( s 。+ s 6 + s 。) o 一尺。一s 。+ j 1 ( s 。+ s 6 + j 。) o o 一尺一s 。+ j 1 ( s 。+ s 6 + s 。) l 虬sb& 一i + 0 0 0 1 r ( 式2 8 ) 2 1 2 兩相靜止坐標(biāo)系( a p 坐標(biāo)系) 下的高頻數(shù)學(xué)模型 三相a b c 系統(tǒng)向兩相系統(tǒng)變換時(shí)，存在變換矩陣系數(shù)善和吾兩種變換方式，其中蘭3 為系數(shù)的變換矩陣遵循每相電壓和電流不變?cè)瓌t，但是變換前后系統(tǒng)總功率發(fā)生變化； 嘩變換遵循變換前后系統(tǒng)總功率保持不變?cè)瓌t，而每相變換后的電壓和電流幅值為變換 v3 前的；。這里遵循變換前后系統(tǒng)功率不變?cè)瓌t進(jìn)行坐標(biāo)變換，可以將三相靜止坐標(biāo)系 3 ( a b c ) 變換到兩相q d 靜止坐標(biāo)系下，這樣可以降低系統(tǒng)階次，使分析變得容易。 根據(jù)3 2 變換規(guī)則，設(shè)一個(gè)通用矢量兄x 在僅軸，p 軸上的投影為，b ，而x 在a 軸、b 軸、c 軸上的投影為藝，毛、t ，這里選擇“等量”坐標(biāo)變換，根據(jù)三相靜止坐標(biāo)和 兩相靜止坐標(biāo)之間的關(guān)系： 阱k 簍 ：辱 l一土 一三 22 o 笪一魚 22 ( 式2 9 ) 且t 3 尼變換矩陣和其逆矩陣碭滿足t ，：幸t ：，= e ，e 為單位矩陣。 1 ) 將三相靜止坐標(biāo)系( 口，b ，c ) 下交流側(cè)高頻數(shù)學(xué)模型，即( 式2 6 ) 變換成兩相垂直 靜止坐標(biāo)系( a ，p ) 模型： 刪+ 苫- 。r 料i # 1 0 1叫。i t u - ( 式2 1 0 ) 將式( 2 5 ) 的控制電壓高頻數(shù)學(xué)模型變換為在兩相垂直靜止坐標(biāo)系下的模型： 以一班丸一班啦一班機(jī)一班：!】咖艘班艘班盥講 0 l = 1j韭出百 三 二 -。l 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 阱2 川黝以3 嘲 2 ) 將直流側(cè)高頻模型( 2 7 ) 轉(zhuǎn)換為在兩相垂直靜止坐標(biāo)系下模型： c 警砒嶼知一等 ( 式2 1 1 ) ( 式2 1 2 ) 2 1 3 兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系( d q 坐標(biāo)系) 下高頻數(shù)學(xué)模型 由兩相靜止坐標(biāo)系( o 【1 3 坐標(biāo)系) 下高頻數(shù)學(xué)模型，可以看到電壓和電流是相互解耦的， 但電網(wǎng)電壓矢量和網(wǎng)側(cè)電流矢量仍表現(xiàn)為以為角速度旋轉(zhuǎn)的時(shí)變量，因此，在應(yīng)用傳統(tǒng) 的p i 調(diào)節(jié)器對(duì)交流電流內(nèi)環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，指令電流仍表現(xiàn)為時(shí)變量，則在有限增益的情況 下，無法達(dá)到無靜差調(diào)節(jié)，給控制器的設(shè)計(jì)帶來難度。如果將靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為同步旋轉(zhuǎn) 坐標(biāo)系，那么電網(wǎng)電壓矢量和網(wǎng)側(cè)電流矢量將表現(xiàn)為直流分量，其中d 軸電流為系統(tǒng)有功 電流，q 軸電流為系統(tǒng)無功電流。這樣可以分別對(duì)d 軸和q 軸分量分別設(shè)計(jì)p i 調(diào)節(jié)器，從 而實(shí)現(xiàn)電壓型三相橋式變流器網(wǎng)側(cè)有功和無功分量獨(dú)立控制，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 d q 坐標(biāo)系下，數(shù)學(xué)模型的建立是根據(jù)旋轉(zhuǎn)變換規(guī)則，把兩相靜止坐標(biāo)系中的矢量 ( 五，知) 轉(zhuǎn)換成兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的矢量，五) ，公式為： s i n eatxp口gosc o t | | 以日l(shuí) ( 式2 1 3 ) 假設(shè)電網(wǎng)為三相對(duì)稱，取d 軸的為三相合成電壓空間矢量的方向，則三相電網(wǎng)電壓在 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中d q 分量可表示為： 1 1 1 22 o 笪一魚 22 根據(jù)旋轉(zhuǎn)變換，在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下變流器高頻數(shù)學(xué)模型： fd i d 厶一 d t rd i q 厶一 d t rd ud cl d t 二- r緲三0 一緲一ro 33l i s 4 蠆s - 一百 廠f1 帥邶訃 l 00 0lo oo 上 r ( 式2 1 4 ) 研 坳出 c 一 l i i 1j 以 。l 1j m，璣0 。l = 1j 島靠以 2 3 1j 耐 叫 l s 0 s c 研 坳出 c 一 l = 1j 釤旬 l 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 一r 0 3 0 一緲lro 331 蠆s d 一百 曼 一 三o j l u u a 出。s s 。a + 1 0 0 o1 o oo 上 r 階2 1 5 ， 從同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的變流器數(shù)學(xué)模型可以看到，交流側(cè)電流d q 分量的瞬態(tài)變化以 及直流電壓的瞬態(tài)變化，都是通過控制橋路上開關(guān)器件的開關(guān)量函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。由以上推導(dǎo) 可知，高頻數(shù)學(xué)模型是p w m 變流器精確數(shù)學(xué)模型，反映了p w m 變流器開關(guān)特性和工作 機(jī)理。 高頻開關(guān)模型可用來分析變流器工作機(jī)理。然而，開關(guān)模型有兩個(gè)限制：第一個(gè)限制 是高頻模型需要很長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行仿真。通常情況下，需要超過1 0 分鐘才能仿真幾秒鐘的 過程。在新算法開發(fā)過程中，使用的開關(guān)模型的仿真效率是很低的；第二個(gè)限制是開關(guān)離 散行為，它不能實(shí)現(xiàn)小信號(hào)分析。 2 2p w m 變流器的低頻數(shù)學(xué)模型 2 2 1 三相靜止坐標(biāo)系( 口，6 ，c ) 下的低頻模型 由于高頻數(shù)學(xué)模型方程是離散的微分方程，很難用一般的數(shù)學(xué)方法求得其解析解，這 不利于控制算法的設(shè)計(jì)。為解決這一問題，依據(jù)狀態(tài)空間平均法，可以用開關(guān)函數(shù)在一個(gè) 開關(guān)周期內(nèi)的平均值代替開關(guān)函數(shù)，得到對(duì)時(shí)間連續(xù)的狀態(tài)空間平均模型。這樣當(dāng)三相 p w m 變流器開關(guān)頻率遠(yuǎn)高于電網(wǎng)基波頻率時(shí)，就可基于基波分量，同時(shí)忽略開關(guān)頻率相 關(guān)的高頻諧波，從而得到p w m 變流器的低頻數(shù)學(xué)模型l o ，。 根據(jù)三相p w m 變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)化原則得到三相變流器低頻等效電路，如下圖2 2 所示。 設(shè)變流器用于控制的調(diào)制信號(hào)電壓地恥= 口，b ，c ) 為： i 掰c 口= m c o s ( 國(guó)t 一口) u 曲= m c o s ( c o t 一口一2 n 1 3 ) ( 式2 1 6 ) 【u 箔= m c o s ( c o t 一口+ 2 n 3 ) 式中，o m l 時(shí)，比較器輸出就會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)處于飽和狀態(tài)，輸出電壓基波分量 的幅值l 0 心和調(diào)制波幅值不再保持簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，且輸出波形產(chǎn)生畸變，諧波增加。 困此，s p w m 的最大線性調(diào)制比為1 相應(yīng)的輸出相電壓幅值為直流母線電壓的一半，即 ，出”其交流側(cè)相電壓和電流波形( 如圖3 2 ) 線電壓( 如圖33 ) 。 景只焉器磊囂鼉，裹 工f 弦s p w m 容易實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的控制，控制線性度好，但調(diào)制波幅值一般工作在線性 工作區(qū)，電壓s p w m 輸出的相電壓基波幅值最大為母線電壓的一半，即乩，御5 ，出。其 輸入電壓的直流利用率低。 3 2s v p w m 調(diào)制的基本原理和實(shí)現(xiàn)方式 3 2 1 電壓矢量 電壓空間矢量s v p w i v l 調(diào)制如圖3 4 所示，將i 相電壓型變流器每種町能的丌關(guān)狀態(tài) ( 即0 0 0 、1 0 0 、1 1 0 、0 1 0 、0 1 1 、0 0 i 、1 0 1 、l l l ，其中0 表示下橋臂導(dǎo)通，1 表示上橋 臂導(dǎo)通) 用一個(gè)矢量束表示。從而，八種丌關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)八個(gè)特征電壓矢量”。其中， 和位于復(fù)平面坐標(biāo)原點(diǎn)0 處為零特征矢量；其余6 個(gè)非零特征電壓矢量 的 頂點(diǎn)連線構(gòu)成邊長(zhǎng)為2 c 謝3 的六邊形，這6 個(gè)非零特征電壓矢量將六邊形分為六個(gè)扇形區(qū) 域i v i ，六邊形之外為變流器輸出不可達(dá)到的區(qū)域。當(dāng)給定的空間特征電壓矢量 位于 任何一個(gè)扇區(qū)內(nèi)時(shí)，可用相鄰的兩個(gè)特征空間電壓矢量k 和，( 扣i ，2 ，3 456 ) 柬合成。 圖 4 空間電壓矢量圖 3 2 2 空間電壓矢量的定義 對(duì)于任意三相對(duì)稱電壓瞬時(shí)值以“，以，在復(fù)平面內(nèi)定義空間電壓矢量一”“i 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 y r - - 魯( u o + e 脅3 ub + e m 。u j j ( 式3 3 ) 式中，、坼，配是以角頻率為c o 的三相對(duì)稱相電壓，巧為以角頻率按逆時(shí)針方 向勻速旋轉(zhuǎn)的空間電壓矢量。則三相電壓型變流器的八個(gè)特征電壓矢量乃表示為： 圪：吾p j ( k - 1 ) t t 料_ ，6 【o 后= o ， ，其中魄為直流側(cè)電壓。 ( 式3 4 ) 3 2 3 空間矢量作用時(shí)間計(jì)算 s v p w m 的思想是在一個(gè)p w m 周期內(nèi)用兩個(gè)相鄰基本空間電壓矢量的加權(quán)組合來合 成目標(biāo)電壓矢量，因此算法的關(guān)鍵是確定有效矢量作用時(shí)間t j ，t 2 。 如圖3 4 所示，以第1 扇區(qū)為例討論六拍脈波的情況，合成輸出電壓矢量以水位于第1 扇區(qū)在n 和圪之間時(shí)，以可由“和圪來合成。設(shè)n 在一個(gè)開關(guān)周期中的持續(xù)時(shí)陽(yáng)j 為t t ；圪 在一個(gè)開關(guān)周期中的持續(xù)時(shí)間為t 2 ；零矢量，持續(xù)時(shí)間為t o ；t s 為p w m 開關(guān)周期( 六拍 脈波的瓦等于合成矢量旋轉(zhuǎn)一周時(shí)間的1 6 ) 。為使s v p w m 工作在線性區(qū)( 即六邊型的內(nèi) 切圓內(nèi)) ，則在一個(gè)p w m 周期內(nèi)的作用時(shí)間【1 2 , 1 4 , 1 5 】必須滿足下面條件： f 丁， =fl + f 2 + f 。7 = y - + 等礦z 設(shè)蚱宰與h 夾角為a ，根據(jù)圖3 4 矢量的關(guān)系及上式時(shí)間限制條件，可以得n - ，l - 警s i n c = 孚一c 印 鏟譬u 蜘口二笪2 蛐9 出 5 ，o = 瓦一，l 一，2 ( 式3 5 ) ( 式3 6 ) 為使s p w m 與s v p w m 的調(diào)制比定義一致，式中s v p w m 的調(diào)制比定義為【1 5 ，1 6 】： 聊：且 u 由2 ( 式3 7 ) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 為使輸出電壓矢量更接近圓，在每個(gè)調(diào)制周期內(nèi)，采用細(xì)分扇區(qū)的空間矢量調(diào)制法， 以減少變流器輸出電壓中的諧波。具體方法是將( 式3 6 ) 中每個(gè)基本矢量的作用時(shí)間都一分 為二，同時(shí)兩個(gè)零矢量和瑪作用時(shí)間也一分為二，可得到圖3 5 所示的在第1 扇區(qū) s v p w m 開關(guān)函數(shù)信號(hào)。 a 日 c v 0 ：v i ：v 2 ：v 7 ：v 2 ：v 1 ：v o ； 圖3 5 第1 扇區(qū)s v p w m 開關(guān)序列波形 因此，一個(gè)開關(guān)周期瓦內(nèi)變流器橋臂上開關(guān)管共開關(guān)6 次，從而將六拍脈波變?yōu)槿?拍脈波。這時(shí)p w m 載波頻率實(shí)際為