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　　刖景。

　　1異步電機(jī)一電力電子變換器發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用背景與同步電機(jī)、直流電機(jī)、繞線(xiàn)式異步電機(jī)相比，籠型異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、價(jià)廉、維護(hù)方便和功率密度高等突出優(yōu)點(diǎn)。異步電機(jī)作為可逆電機(jī)，能用于發(fā)電場(chǎng)合，并在電網(wǎng)中的異步電機(jī)從電網(wǎng)吸收感性無(wú)功來(lái)勵(lì)磁，超同步運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)則處于發(fā)電狀態(tài)。本文介紹的獨(dú)立供電發(fā)電運(yùn)行的籠型異步發(fā)電機(jī)，以前通常采用在電機(jī)輸出端并電容器的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁，但當(dāng)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化或負(fù)載阻抗改變時(shí)，則難以維持電壓與頻率的恒定。這些缺點(diǎn)使異步電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行應(yīng)用并不普通。

　　近年來(lái)由于對(duì)再生能源利用的重視，風(fēng)力發(fā)電、小水力發(fā)電、潮汐發(fā)電等得到了較大的發(fā)展。籠型異步電機(jī)由于其突出的優(yōu)點(diǎn)，艮適合應(yīng)用于再生能源的發(fā)電系統(tǒng)中，越來(lái)越受到人們的重視。應(yīng)用異步發(fā)電機(jī)發(fā)電，關(guān)鍵是解決調(diào)壓調(diào)頻問(wèn)題。在80年代前主要是非電力電子的解決方法見(jiàn)諸報(bào)端，自80年代后期以來(lái)由于電力電子技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，采用電力電子技術(shù)去控制異步發(fā)電機(jī)，解決調(diào)壓調(diào)頻問(wèn)題成為可能。90年代以來(lái)己有不少基于籠型異步發(fā)電機(jī)一電力電子變換器發(fā)電系統(tǒng)的與專(zhuān)利報(bào)道，也主要是應(yīng)用在風(fēng)力、小水力發(fā)電上。

　　目前，由于全電飛機(jī)、全電坦克概念的提出，飛機(jī)、坦克的電氣電子設(shè)備多，用電劇，提出了裝備起動(dòng)/發(fā)電雙功能電源系統(tǒng)的要求。在發(fā)電前可作電動(dòng)運(yùn)行，起動(dòng)引擎，在引擎運(yùn)轉(zhuǎn)后，再轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)，這種新型電源系統(tǒng)極具深入全面研究的價(jià)值。在采用電力電子裝置與異步電機(jī)結(jié)合構(gòu)成的起動(dòng)/發(fā)電系統(tǒng)中，必須能雙向控制傳遞能量，發(fā)電與電動(dòng)分別采用不同的控制策略。電動(dòng)控制技術(shù)己比較成熟，關(guān)鍵是發(fā)電運(yùn)行的控制。高速飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)也是目前的研究熱點(diǎn)，其能量的存儲(chǔ)與釋放必須通過(guò)電機(jī)完成，實(shí)際上是一種電動(dòng)/發(fā)電系統(tǒng)，采用異步電機(jī)則具有強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　異步發(fā)電機(jī)一電力電子變換器發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)、變換器和負(fù)載的連接關(guān)系一般可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是變換器、異步發(fā)電機(jī)與負(fù)載三者之間并聯(lián)，負(fù)載直接從電機(jī)的輸出端得到電能，變換器提供異步發(fā)電機(jī)所需的無(wú)功。另一類(lèi)為異步發(fā)電機(jī)、變換器和負(fù)載串聯(lián)，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能全部經(jīng)變換器傳遞至負(fù)載，變換器對(duì)異步發(fā)電機(jī)的有功、無(wú)功均可加以控制。這兩類(lèi)連接各有特點(diǎn)，有其各自的適宜場(chǎng)合。并聯(lián)型的變換器主要用于提供無(wú)功，因而容量小，可直接從發(fā)電機(jī)輸出交流電，不需逆變器，系統(tǒng)運(yùn)行效率高，但不適合原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍較大的場(chǎng)合。而串聯(lián)型適合于原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍大的場(chǎng)合，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性好，適宜建立具有起動(dòng)發(fā)電雙功能的高壓直流系統(tǒng)。

　　2籠型異步電機(jī)一電力電子變換器發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀用于控制異步發(fā)電機(jī)的電力電子變換器實(shí)際與DC―AC三相逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同，是一種三相橋結(jié)構(gòu)。根據(jù)前面的兩種基本分類(lèi)，分別來(lái)介紹目前幾種代表性的結(jié)構(gòu)形式及其控制策略的基本特點(diǎn)。

　　2.1并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的異步發(fā)電機(jī)一變換器發(fā)電系統(tǒng)中的電力電子變換器主要作用是為異步發(fā)電機(jī)提供并聯(lián)形式的工作原理與工作模態(tài)圖如果拖動(dòng)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能基本不變，用電器對(duì)源的頻率恒定的要求不太高，則采用頻率基本恒方案的異步發(fā)電機(jī)一變換器發(fā)電系統(tǒng)。因其能通、、準(zhǔn)確調(diào)節(jié)輸入到異步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁無(wú)功來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)應(yīng)用磁場(chǎng)定向矢量控制的異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)容性無(wú)功勵(lì)磁，具體到某一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，電路的連接關(guān)系與控制策略則各有特點(diǎn)，可分為變換器完全恒頻工作方式與基本恒頻工作方式。恒頻工作以為例介紹，如所示，在一獨(dú)立供電系統(tǒng)中的原動(dòng)機(jī)的輸入功率是變化的，變換器正弦調(diào)制信號(hào)的頻率固定為60Hz變換器的直流側(cè)為蓄電池組。該系統(tǒng)有三種工作模態(tài)：①當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出功率與負(fù)載需要功率相等時(shí)，變換器不傳遞有功，僅提供發(fā)電機(jī)與負(fù)載所需的無(wú)功。②當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出功率小于負(fù)載消耗的功率時(shí)，變換器工作于逆變器狀態(tài)，蓄電池放電，經(jīng)逆變器向負(fù)載供電。

　　③當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載消耗的功率時(shí)，變換器工作于整流狀態(tài)，吸收發(fā)電機(jī)多余電能給蓄電池充電。該系統(tǒng)實(shí)際為異步發(fā)電機(jī)與逆變器并聯(lián)運(yùn)行，需要較多的蓄電池構(gòu)成蓄電池組來(lái)儲(chǔ)備與釋放電能。、報(bào)道的這一類(lèi)系統(tǒng)的共同點(diǎn)是工作頻率完全由固定調(diào)制頻率的變換器決定，再以各不相同的方式控制發(fā)電機(jī)輸出電壓的恒定，使系統(tǒng)可在恒壓恒頻下運(yùn)行，允許發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)變化，但原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能低于同步速。另一共同之處是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性不理想，突加負(fù)載的恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)。

　　電定過(guò)電機(jī)的輸出電壓而使其動(dòng)態(tài)性能比較好。又獻(xiàn)介紹了一種新穎的電容自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)的固態(tài)電壓調(diào)節(jié)器方案，如所示。該方案以異步發(fā)電機(jī)端電壓為基準(zhǔn)，分解出變換器控制電壓所需的無(wú)功分量及有功分量，通過(guò)準(zhǔn)確調(diào)節(jié)這兩個(gè)分量來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓。與之相比，磁場(chǎng)定向矢量控制則可精確控制異步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。發(fā)表了Lyra等人的在異步發(fā)電機(jī)中應(yīng)用磁場(chǎng)定向矢量控制的研宄結(jié)果，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如所示，采用了定子磁場(chǎng)定向矢量控制。定子磁鏈?zhǔn)噶康姆�值和相角通過(guò)Luenberger磁鏈觀(guān)測(cè)算法得到；給定電流的勵(lì)磁分量由給定磁鏈幅值與磁鏈的觀(guān)測(cè)值的偏差經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到；給定電流的有功分量由變換器直流側(cè)的直流電壓的給定值與實(shí)測(cè)值的偏差經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到。則介紹了異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制策略的計(jì)算機(jī)仿真分析。并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的異步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流的磁場(chǎng)定向控制的兩種定向方式的優(yōu)缺點(diǎn)與異步電動(dòng)機(jī)矢量控制的相同。因?yàn)榻涣髫?fù)載直接接在異步發(fā)電機(jī)的輸出端上，輸出電壓的頻率的偏移必須滿(mǎn)足用電器的要求，因此原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能在大范圍內(nèi)變化。

　　提出了一種解決途徑，將發(fā)電機(jī)輸出交流電經(jīng)二極管整流橋整流后輸出恒定直流電壓，給直流負(fù)載或逆變器供電。另一種解決途徑則是構(gòu)成串聯(lián)結(jié)構(gòu)的異步發(fā)電機(jī)一變換器發(fā)電系統(tǒng)。

　　22串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的異步發(fā)電機(jī)一變換器發(fā)電系統(tǒng)適合應(yīng)用于原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍較大的場(chǎng)合，比較集中地應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中111.介紹串聯(lián)形式發(fā)電系統(tǒng)的中的連接拓?fù)浠�本相同，但采取的控制策略可劃分為不同的兩�?lèi)：一類(lèi)是采用了V/f控制技米另一類(lèi)采用了矢量控制技術(shù)。下面分別對(duì)這兩類(lèi)控制策略作概括介紹。

　　V/f控制策略以的控制策略為例，工作原理如所示，V/f控制策略比較簡(jiǎn)單，用一般的微處理器即可實(shí)現(xiàn)控制算法，但系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。

　　從看，異步發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)定向矢量控制技術(shù)采用定子磁場(chǎng)定向方式或轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向方式，下面舉例概要介紹這兩種矢量控制技術(shù)。

　　異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)雙向變換器相連構(gòu)成的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制策略如所示。系統(tǒng)檢測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及定子電流，由轉(zhuǎn)子磁鏈觀(guān)測(cè)算法得到轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值及其相角。在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，根據(jù)轉(zhuǎn)速大小決定的磁鏈的給定值與觀(guān)測(cè)值之差經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到定子電流的勵(lì)磁分量，系統(tǒng)輸出直流電壓（變換器直流側(cè)電壓）的給定值與實(shí)際檢測(cè)值的偏差經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到定子電流有功分量的一部分，另一部分由對(duì)其負(fù)載逆變器及其所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)所需功率估算而來(lái)（qe），這兩部分之和即為定子電流的有功分量，再經(jīng)過(guò)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換與二相到三相的變換，得到異步發(fā)電機(jī)的定子電流的給定值。以電流追蹤方式生成IGBT三相橋的PWM控制信號(hào)。介紹了異步發(fā)電機(jī)采用定子磁場(chǎng)定向控制的方案，并取得在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用專(zhuān)利。由于異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，在靜止坐標(biāo)系中定子磁鏈的Luenbeiger觀(guān)測(cè)算法實(shí)際只是簡(jiǎn)單的積分算法，電機(jī)的參數(shù)僅用到定子電阻，且定子電阻的變化對(duì)磁鏈觀(guān)測(cè)的影響很小。而轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向精度則受轉(zhuǎn)子參數(shù)（電阻和電感）的影響很大，會(huì)嚴(yán)重影響到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。由于異步發(fā)電機(jī)不會(huì)在低速下運(yùn)行，采用定子磁場(chǎng)定向控制策略?xún)?yōu)于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制策略。除了磁鏈觀(guān)測(cè)器不同外，定子磁場(chǎng)定向控制的結(jié)構(gòu)框圖與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制的基本相同。

　　控制串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的異步發(fā)電機(jī)一變換器發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓穩(wěn)定，實(shí)際上只決定于系統(tǒng)在瞬時(shí)所發(fā)出的有功功率能否與消耗的功率相平衡。矢量控制動(dòng)態(tài)性能好的原因是將異步發(fā)電機(jī)電流的勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量進(jìn)行了解耦控制，在磁場(chǎng)定向控制下，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與給定值成簡(jiǎn)單的比例關(guān)系。

　　對(duì)于籠型異步發(fā)電機(jī)一變換器發(fā)電系統(tǒng)的自勵(lì)建壓發(fā)電問(wèn)題，可采用在發(fā)電機(jī)端部接電容自勵(lì)建壓；或在電力電子變換器直流側(cè)電容上連接蓄電池預(yù)充直流電壓，由變換器提供無(wú)功自勵(lì)。在控制發(fā)電機(jī)起勵(lì)的過(guò)程中，必須隨直流電壓的變化來(lái)確定磁鏈恰當(dāng)?shù)慕o定幅值（或勵(lì)磁電流分量）和恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩給定值（或有功電流分量），特別是在預(yù)充電壓較低的情況下，否則將不能實(shí)現(xiàn)自勵(lì)。如何像并電容自勵(lì)那樣利用異步發(fā)電機(jī)的剩磁電壓，通過(guò)控制變換器使異步發(fā)電機(jī)自勵(lì)建壓值得進(jìn)一步研宄。

　　3結(jié)論異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制策略換器的發(fā)電系統(tǒng)將有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，目前逐漸成為在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中，在新型起動(dòng)發(fā)電雙功能電源系統(tǒng)中，籠型異步發(fā)電機(jī)結(jié)合電力電子變國(guó)際上的一個(gè)研究熱點(diǎn)。電力電子技術(shù)在異步電機(jī)的電動(dòng)運(yùn)行控制中己具備了大量可借鑒的技術(shù)。如何針對(duì)變速發(fā)電運(yùn)行的特點(diǎn)，使異步發(fā)電機(jī)一電力電子變換器發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性更趨完善，在系統(tǒng)模型、控制策略、電路拓?fù)涞确矫娑加兄档蒙钊胙芯康牡胤健?p>