雙饋發(fā)電理論培訓

2005v1.0雙饋變頻發(fā)電機控制技術基礎

1變速發(fā)電概論傳統(tǒng)同步發(fā)電機轉速公式：

n0=60f0/pn0:同步轉速f0:定子供電頻率P:極對數直流勵磁同步機傳統(tǒng)火電發(fā)電機，50赫茲，兩極，3000rpm2雙饋發(fā)電機原理圖VVVF3雙饋發(fā)電機原理圖解釋采用繞線式異步電動機，定子接工頻電源，轉子外接三相可變電源，因定、轉子均供電，故稱雙饋也稱為交流勵磁發(fā)電機4雙饋發(fā)電機特性發(fā)電機轉速可變（可以高于或低于同步速度）轉速變化過程中控制變頻電源保持轉子磁場與定子磁場同步旋轉（自同步特性）可以對發(fā)電機定子側有功和無功同時進行解耦控制（矢量控制）5直流勵磁同步發(fā)電機交流勵磁發(fā)電機直流勵磁三相交流勵磁定子、轉子磁場按同步速度轉子與旋轉磁場同步旋轉定子、轉子磁場按同步速度旋轉由于轉子勵磁是三相交流，轉子磁場相對

于轉子旋轉轉子速度慢于磁場旋轉速度（亞同步）轉子速度快于磁場旋轉速度（超同步）定子磁場轉子磁場定子磁場轉子磁場轉子轉子6關鍵概念定子頻率f0=50HZ定子磁場旋轉速度n0=60f0/p轉差率s=(n0–n)/n0轉子轉速

n=(1–s)60f0/p7關鍵概念自同步轉子供電頻率

f2=sf0轉子電勢

E2=sE20E20：轉子開口電壓8雙饋發(fā)電機工作狀態(tài)靜止狀態(tài)s=1亞同步狀態(tài)0<s<1同步狀態(tài)s=0超同步狀態(tài)s<09轉差率s定子額定電壓的轉子轉子感應電勢E210開口電壓E20（G58：定子D接法1852V）最高速度靜止亞同步速度區(qū)超同步速度區(qū)同步速度0.4-0.3740/1.732=427V（定子Y接法）556V（定子D接法）10功率關系風機功率PM定子有功功率P1=PM+P2轉子有功功率P2=sP1轉子無功功率S2=sS1發(fā)電總功率P=PM=P1-P2=（1–s)P1

11發(fā)電功率P轉子功率P2亞同步S>0定子功率P1超同步S<012轉差率s發(fā)電功率P10最高速度1950rpm靜止亞同步速度區(qū)超同步速度區(qū)同步速度1500rpm定子額定功率G58雙饋發(fā)電機功率曲線圖轉子功率投入速度900rpm額定發(fā)電功率。轉速1620rpm，Y–D切換0.4-0.08-0.313雙饋發(fā)電機對轉子變頻器的要求四象限變頻器，功率可以雙向流動低諧波，滿足電網要求變頻器容量取決于最大電流和最大轉差率滿足自同步控制要求滿足有功/無功解耦控制要求14四象限變頻器15低諧波，滿足電網要求采用IGBT高頻開關減少諧波總量，提高諧波次數采用濾波器進一步過濾高次諧波16變頻器容量選擇轉差越大，變頻器工作電壓越高風機力矩越大，變頻器工作電流越大轉子繞組采用星–三角變換可以減小變頻器容量并匹配風機特性低速、低負荷時定子采用星形接法，降低轉子感應電勢高速、高負荷時定子采用三角形接法，降低轉子工作電流G58轉子變頻器容量僅63KVA，大大小于傳統(tǒng)雙饋轉子變頻器容量17轉子變頻器的自同步控制采用光電碼盤確定轉子繞組位置以轉子位置為起始點控制轉子三相電流，使轉子磁場與定子磁場同步旋轉光電碼盤要進行初始定位以矯正安裝誤差18有功和無功的解耦控制控制器有兩個控制通道有功功率通道控制發(fā)電量無功功率通道控制功率因數19矢量變換IIIp有功功率無功功率I2TI2M33320Ψ氣隙磁通矢量I2I1IME1，E2U1發(fā)電矢量圖I2TI2M有功分量無功分量VVVFI2I1U1E1，E221變頻調速是如何實現的？以最低的損耗進行能量控制，把固定頻率和幅值的交流電源變成頻率和幅值可控的交流電源變頻調速技術是半導體功率開關技術和電動機運動控制技術結合的產物半導體功率開關技術：變頻器主回路，執(zhí)行能量變換電動機運動控制技術：變頻器控制回路硬件和軟件，能量變換的控制22為什么要采用開關技術來進行能量控制？采用開關來進行功率的控制，理想狀態(tài)開關上的靜態(tài)功率損耗為零（I=0或V=0，二者必居其一，P=I*V=0）開關的能量損耗主要發(fā)生在開關由開到關或由關到開的過渡過程中KK23

用開關進行功率的連續(xù)控制有觸點開關，機械動作開關頻率低無觸點開關，沒有機械動作，開關頻率高對開關進行高頻通斷，可以控制負載上的平均功率，開關動作頻率越高，功率控制越平穩(wěn)24為什么要采用半導體功率開關技術？有觸點開關無法滿足功率連續(xù)控制對開關進行高頻率分合操作的要求開關的過渡過程的損耗不僅帶來能量損失，而且使開關發(fā)熱，危害安全運行用半導體開關代替機械開關，由于半導體開關是無觸點的，因此開關頻率高，壽命長，能夠滿足工業(yè)上功率連續(xù)控制的要求25半導體開關器件半導體開關器件的發(fā)展水平決定了功率開關技術的水平。大功率半導體開關器件從可控硅SCR開始，經歷了可關斷可控硅GTO，大功率晶體管GTR，功率MOS管MOSFET，絕緣柵晶體管IGBT，集成門極換流晶閘管IGCT等數代元件的發(fā)展過程開關的發(fā)展趨勢是工作頻率越來越高，開關動作的速度越來越快（開關損耗低），操作開關所需要的能量越來越小26使用半導體開關進行功率變換的主要方式移相控制

移相控制采用可控硅技術，通過對可控硅觸發(fā)時刻（移相角）的控制來使固定頻率和幅值的電網電壓得到整流，產生可調的輸出電壓。由于移相角控制策略的不同，可以產生可控整流或交交變頻的效果。半導體器件承受的是交流電壓，電壓反向后能自然關斷，因而變流器結構簡單，可靠性高。但移相控制的開關頻率受電網頻率限制，輸出諧波大，響應慢。27移相控制，控制角大，輸出電壓平均值低移相控制，控制角小，輸出電壓平均值高輸出電壓UU3AC28斬波控制斬波控制直接對直流電源進行開關控制，必須采用強迫關斷電路或可關斷器件。例如交直交電流型變頻器，通過逆變橋斬波將直流電流逆變成交流方波電流，斬波的頻率決定了輸出電流的頻率。對斬波的開關時間進行一定的數學計算，產生脈沖寬度調制（PWM）的效果，達到平均值的控制

29UU單相斬波器(PWM)輸出電壓斬波控制30電動機運動控制技術電動機運動控制技術的目的是實現對電動機力矩的控制TU1I2cos2要在充分利用電動機銅、鐵材料的基礎上實現轉矩的控制(基速以下的恒磁通控制，基速以上的恒功率控制）31運動控制的實現通過對電動機物理狀態(tài)的數學模型的模擬和控制，用矢量分解的辦法把交流電動機的調速變得和直流電動機調速一樣（磁通）E（感應電勢）U（定子電壓）I（定子電流）電流力矩分量IT電流勵磁分量IM32在控制的實現方法上

經歷了模擬控制到數

字和計算機控制的發(fā)

展過程，得益于微