第卷第期年月合肥工业大学学报泊然科学版脚变速恒频交流励磁风力发电机系统研究黄明川，高衡初合肥工业大学电气工程学院，安徽合肥摘要从交流励磁发电机的基本方程出发，通过对其矢量图和功率流程的研究，提出了变速恒频的实现方法。

　　针对交流励磁装置具有能量双向流动的特点，采用了交直交加双控制的解决方案，并由新型电机控制型单片机组成的系统实现。

　　关扭词异步发电机变速恒颇交流励磁能量双向流动双制，单片机控制中图分类号文献标识码文章编号一一s一风力发电机进行并网发电时，要求风力发电机的输出频率与电网频率一致。

　　保持风力发电机频率恒定的方法有两类①保持风力发电机转速不变，从而得到恒频的电能，即恒速恒频，目前大多数风力发电系统均采用这种方式②在发电过程中让发电机转速随风速变化而变化，即变速恒频。

　　由于风能与转速的次方成正比，允许转速在一定范围内变化可以更有效地利用风能，在效益上更加显著，因此变速恒频风力发电机励磁控制系统的研究与开发受到越来越多的重视。

　　变速恒频风力发电系统当前主要有交直交系统交流励磁发电机系统无刷双馈发电机系统开关磁阻电机系统磁场调制发电机系统同步异步变速恒频发电机系统及电磁滑差联接系统等川。

　　本文研究的是交流励磁发电机系统。

　　它是通过电力电子装置向转子馈以九人频率和相应幅值的电流来使输出电压恒频恒幅。

　　由于交流励磁发电机系统具有能量双向流动的特点，过去多采用交交式变换器，但它输出电流谐波成分较高而且输出频率受到限制图。

　　目前有人采用矩阵式变换器尽管其性能优良，具有很大潜力，集交交与交直交的优点于一身，但其原理尚不成熟，仍处于研究实验阶段。

　　本文采用的是期一黄明川男，合肥工业大学硕士生。

　　合肥工业大学学报自然科学版年第卷第期整流端可控的对称交直交变换器。

　　同传统交直交变换器相比，不仅保持了输出电流完全逼近正弦波的优点，而且还实现了单位功率因数的输入电流闭。

　　最重要的是双向可控交直交变换器是由新型单片机组成的控制系统进行双控制，解决了传统交直交变换器无法进行能量双向流动的问题，实现了在次同步转速和超同步转速两种状态下变速恒频及恒压。

　　变速恒频原理本文研究的是由一台三相绕线式异步电动机和向转子励磁的双向交直交逆变电源构成的系统。

　　其原理如图所示。

　　在异步发电机中，转速关系式为幻士于人人/几一式中定子旋转磁势的转速，即同步转速转子转速转子旋转磁势相对转子的转速，当、与方向相同时，式取号，方向相反时，取一号电网频率，即输出频率电机极对数转子电流频率转差率从公式可知，当转子转速发生变化时，由双向交直交逆变电源供给转子频率为人的电流，通过改变转子电流频率人使发生变化来补偿的波动并最终保持不变。

　　由图可列出相应的基本方程为子一了。

　　拼八工尸勺一门r盛一，J图基本原理框图圈等效电路图一令犷一刃几刀式中分别为电源电压转子馈电分别为定子电势转子电势分别为定子电流转子电流第期黄明川，等变速恒频交流励磁风力发电机系统研究分别为定子绕组电阻和电抗分别为转子绕组电阻和电抗二分别为励磁回路电阻和电抗分别为电流变比系数电压变比系数由此上基本方程可导出双馈发电机的相量图，如图所示。

　　通过分析得知图转子可以运行于超同步转速和次同步转速两种情况下，此时发电机能向外输出功率，电磁功率尸一几co叭，机械功率尸一尸转差功率尸，尹当转子处于次同步转速时，尸转子从变频电源翰入功率当转子处于超同步转速时，尸，转子向变频电源输出功率。

　　无论哪种情况，输入机械功率总要克服电磁转矩做功，同时向定子传递功率。

　　图双位发电机相，图微机控制系统本双馈风力发电机系统主要由三相绕线异步发电机，交直交变频励磁电源及励磁变压器组成。

　　转速检测元件为光电编码器。

　　励磁电源主电路为双向交直交型，整流与逆变部分均为功率元件组成三相桥式电路。

　　同交交方式相比，它有明显的优势，首先，成本降低，交交方式的逆变桥至少需要18只功率器件，交直交仅为12只其次，输出电流波形几乎完全逼近正弦波，而交交方式的波形畸变大，交直交中间直流环节惯性大，输出受输入影响小此外，交直交变频励磁电源的整流端也采用M控制，即整个系统为双M控制，不仅实现了能量双向流动，而且大大提高了整流的功率因数，输入电流波形得以改善。

　　双制已出现在国内外交流传动领域，但受微处理器高速输出端口数量的限制，一般为双结构或单附加波形发生电路结构，其系统较复杂，成本增加，可考性也降低。

　　而公司年推出的新型电机控制型单片机恰好解决了双制的难题它除了将传统的端口保留并改进为事件处理器以外，还增加了一种能直接输出三相波的部件波形发生器W本文的控制电路正是以单片机为核心附以外围电路组成，波形发生器直接输出路互补信号控制逆变部分，事件处理器也通过软件高速输出路互补信号控制整流部分，圆满解决了双M控制的问题。

　　功率器件的驱动电路以专用集成驱动电路为核心构成，保护功能设有转子过流输出过压过流与欠压，以及转速过低等。

　　变频方式采用目前广泛使用的术根据编码器实时检测的转速值，由单片机产生频率人一的三相脉冲，以驱动逆变电路。

　　由于异步电机数学模型为一强藕合高阶多变量方程组，用传统双闭环进行控制非常困难，研究表明矢量控制非常适合变速恒频发电机闭。

　　本文采用的是转子磁场定向的矢量控制，恰好达到转速与输出频率解祸的目的。

　　控制软件主要由主程序波形发生子程序服务子程序软件定时子程序及一系列功能子程序组成，波形发生子程序负责逆变端控制，服务子程序负责整流端控制，软件定时子程序与用于逆变和整流端的矢量控制算法，查询子程序判断能量流动方向，以判断变换器两端处于逆变还是整流。

　　受篇幅所限，将另文详述。

　　图为简明控制电路图。

　　合肥工业大学学报自然科学版年第卷第期逆变驱动整流驱动八〔沁图简明控制电路圈结束语由于变频技术的成熟与微机技术的发展，变速恒频双馈发电机完全可以实现以工频向电网恒频供电，是一种很有前途的风力发电系统。

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　　十六位单片机北京北京航空航天大学出版社，一陈宝江。

　　单片机系统实用指南〔北京机械工业出版社，一图川阁淑艳下期文章摘要预告最佳有理户逼近的特征与性质潘杰合肥工业大学理学院，安徽合肥在函数通近中，用有理函数作为逼近工具要比多项式优越得多，特别对一些含有奇点的函数更是如此。

　　而有理遥近的特征与性质是有理逼近研究的主要向题之一。

　　利用积分的性质证明最佳有理逼近的特征定理，并由该定理证明非有理函数的最佳逼近元必是正规的，其误差函数至少有次改变符号。