1異步電機一電力電子變換器發(fā)電系統(tǒng)的應用背景與同步電機、直流電機、繞線式異步電機相比，籠型異步電機具有結構簡單、堅固、價廉、維護方便和功率密度高等突出優(yōu)點。異步電機作為可逆電機，能用于發(fā)電場合，并在電網(wǎng)中的異步電機從電網(wǎng)吸收感性無功來勵磁，超同步運轉時則處于發(fā)電狀態(tài)。本文介紹的獨立供電發(fā)電運行的籠型異步發(fā)電機，以前通常采用在電機輸出端并電容器的方法來實現(xiàn)勵磁，但當原動機轉速變化或負載阻抗改變時，則難以維持電壓與頻率的恒定。這些缺點使異步電機作發(fā)電機運行應用并不普通。

  近年來由于對再生能源利用的重視，風力發(fā)電、小水力發(fā)電、潮汐發(fā)電等得到了較大的發(fā)展?；\型異步電機由于其突出的優(yōu)點，艮適合應用于再生能源的發(fā)電系統(tǒng)中，越來越受到人們的重視。應用異步發(fā)電機發(fā)電，關鍵是解決調(diào)壓調(diào)頻問題。在80年代前主要是非電力電子的解決方法見諸報端，自80年代后期以來由于電力電子技術得到了飛速的發(fā)展，采用電力電子技術去控制異步發(fā)電機，解決調(diào)壓調(diào)頻問題成為可能。90年代以來己有不少基于籠型異步發(fā)電機一電力電子變換器發(fā)電系統(tǒng)的與專利報道，也主要是應用在風力、小水力發(fā)電上。

  目前，由于全電飛機、全電坦克概念的提出，飛機、坦克的電氣電子設備多，用電劇，提出了裝備起動/發(fā)電雙功能電源系統(tǒng)的要求。在發(fā)電前可作電動運行，起動引擎，在引擎運轉后，再轉為發(fā)電狀態(tài)，這種新型電源系統(tǒng)**深入全面研究的價值。在采用電力電子裝置與異步電機結合構成的起動/發(fā)電系統(tǒng)中，必須能雙向控制傳遞能量，發(fā)電與電動分別采用不同的控制策略。電動控制技術己比較成熟，關鍵是發(fā)電運行的控制。高速飛輪儲能系統(tǒng)也是目前的研究熱點，其能量的存儲與釋放必須通過電機完成，實際上是一種電動/發(fā)電系統(tǒng)，采用異步電機則具有強的競爭力。

 

  異步發(fā)電機一電力電子變換器發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)電機、變換器和負載的連接關系一般可分為兩類，一類是變換器、異步發(fā)電機與負載三者之間并聯(lián)，負載直接從電機的輸出端得到電能，變換器提供異步發(fā)電機所需的無功。另一類為異步發(fā)電機、變換器和負載串聯(lián)，發(fā)電機發(fā)出的電能全部經(jīng)變換器傳遞至負載，變換器對異步發(fā)電機的有功、無功均可加以控制。這兩類連接各有特點，有其各自的適宜場合。并聯(lián)型的變換器主要用于提供無功，因而容量小，可直接從發(fā)電機輸出交流電，不需逆變器，系統(tǒng)運行效率高，但不適合原動機轉速變化范圍較大的場合。而串聯(lián)型適合于原動機轉速變化范圍大的場合，系統(tǒng)的動態(tài)特性好，適宜建立具有起動發(fā)電雙功能的高壓直流系統(tǒng)。

  2籠型異步電機一電力電子變換器發(fā)電系統(tǒng)的技術現(xiàn)狀用于控制異步發(fā)電機的電力電子變換器實際與DC―AC三相逆變器的拓撲結構相同，是一種三相橋結構。根據(jù)前面的兩種基本分類，分別來介紹目前幾種代表性的結構形式及其控制策略的基本特點。

  2.1并聯(lián)結構形式并聯(lián)結構形式的異步發(fā)電機一變換器發(fā)電系統(tǒng)中的電力電子變換器主要作用是為異步發(fā)電機提供并聯(lián)形式的工作原理與工作模態(tài)圖如果拖動原動機的轉速能基本不變，用電器對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)電機一變換器發(fā)電系統(tǒng)。因其能通、、準確調(diào)節(jié)輸入到異步發(fā)電機的勵磁無功來調(diào)節(jié)發(fā)應用磁場定向矢量控制的異步發(fā)電機系統(tǒng)結構容性無功勵磁，具體到某一個應用系統(tǒng)，電路的連接關系與控制策略則各有特點，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，在一獨立供電系統(tǒng)中的原動機的輸入功率是變化的，變換器正弦調(diào)制信號的頻率固定為60Hz變換器的直流側為蓄電池組。該系統(tǒng)有三種工作模態(tài)：①當發(fā)電機的輸出功率與負載需要功率相等時，變換器不傳遞有功，僅提供發(fā)電機與負載所需的無功。②當發(fā)電機的輸出功率小于負載消耗的功率時，變換器工作于逆變器狀態(tài)，蓄電池放電，經(jīng)逆變器向負載供電。

  ③當發(fā)電機的輸出功率大于負載消耗的功率時，變換器工作于整流狀態(tài)，吸收發(fā)電機多余電能給蓄電池充電。該系統(tǒng)實際為異步發(fā)電機與逆變器并聯(lián)運行，需要較多的蓄電池構成蓄電池組來儲備與釋放電能。、報道的這一類系統(tǒng)的共同點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)電機輸出電壓的恒定，使系統(tǒng)可在恒壓恒頻下運行，允許發(fā)電機轉速在一定范圍內(nèi)變化，但原動機的轉速不能低于同步速。另一共同之處是系統(tǒng)的動態(tài)特性不理想，突加負載的恢復時間較長。

  電定過電機的輸出電壓而使其動態(tài)性能比較好。又獻介紹了一種新穎的電容自勵異步發(fā)電機的固態(tài)電壓調(diào)節(jié)器方案，如所示。該方案以異步發(fā)電機端電壓為基準，分解出變換器控制電壓所需的無功分量及有功分量，通過準確調(diào)節(jié)這兩個分量來調(diào)節(jié)發(fā)電機的輸出電壓。與之相比，磁場定向矢量控制則可控制異步發(fā)電機的勵磁電流。發(fā)表了Lyra等人的在異步發(fā)電機中應用磁場定向矢量控制的研宄結果，其系統(tǒng)結構如所示，采用了定子磁場定向矢量控制。定子磁鏈矢量的幅值和相角通過Luenberger磁鏈觀測算法得到；給定電流的勵磁分量由給定磁鏈幅值與磁鏈的觀測值的偏差經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到；給定電流的有功分量由變換器直流側的直流電壓的給定值與實測值的偏差經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到。則介紹了異步發(fā)電機的轉子磁鏈定向矢量控制策略的計算機仿真分析。并聯(lián)結構形式的異步發(fā)電機的勵磁電流的磁場定向控制的兩種定向方式的優(yōu)缺點與異步電動機矢量控制的相同。因為交流負載直接接在異步發(fā)電機的輸出端上，輸出電壓的頻率的偏移必須滿足用電器的要求，因此原動機的轉速不能在大范圍內(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，給直流負載或逆變器供電。另一種解決途徑則是構成串聯(lián)結構的異步發(fā)電機一變換器發(fā)電系統(tǒng)。

  22串聯(lián)結構形式串聯(lián)結構形式的異步發(fā)電機一變換器發(fā)電系統(tǒng)適合應用于原動機轉速變化范圍較大的場合，比較集中地應用在風力發(fā)電系統(tǒng)中111.介紹串聯(lián)形式發(fā)電系統(tǒng)的中的連接拓撲基本相同，但采取的控制策略可劃分為不同的兩類：一類是采用了V/f控制技米另一類采用了矢量控制技術。下面分別對這兩類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控制策略比較簡單，用一般的微處理器即可實現(xiàn)控制算法，但系統(tǒng)的動態(tài)響應較差。

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

　異步電動機經(jīng)雙向變換器相連構成的能量轉換系統(tǒng)，其中異步發(fā)電機的轉子磁場定向控制策略如所示。系統(tǒng)檢測轉子轉速及定子電流，由轉子磁鏈觀測算法得到轉子磁鏈的幅值及其相角。在旋轉坐標系中，根據(jù)轉速大小決定的磁鏈的給定值與觀測值之差經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到定子電流的勵磁分量，系統(tǒng)輸出直流電壓（變換器直流側電壓）的給定值與實際檢測值的偏差經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到定子電流有功分量的一部分，另一部分由對其負載逆變器及其所驅動的電機所需功率估算而來（qe），這兩部分之和即為定子電流的有功分量，再經(jīng)過坐標旋轉變換與二相到三相的變換，得到異步發(fā)電機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。介紹了異步發(fā)電機采用定子磁場定向控制的方案，并取得在風力發(fā)電中的應用專利。由于異步發(fā)電機的轉速較高，在靜止坐標系中定子磁鏈的Luenbeiger觀測算法實際只是簡單的積分算法，電機的參數(shù)僅用到定子電阻，且定子電阻的變化對磁鏈觀測的影響很小。而轉子磁場定向精度則受轉子參數(shù)（電阻和電感）的影響很大，會嚴重影響到系統(tǒng)的動態(tài)性能。由于異步發(fā)電機不會在低速下運行，采用定子磁場定向控制策略優(yōu)于轉子磁場定向控制策略。除了磁鏈觀測器不同外，定子磁場定向控制的結構框圖與轉子磁場定向控制的基本相同。

  控制串聯(lián)結構形式的異步發(fā)電機一變換器發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓穩(wěn)定，實際上只決定于系統(tǒng)在瞬時所發(fā)出的有功功率能否與消耗的功率相平衡。矢量控制動態(tài)性能好的原因是將異步發(fā)電機電流的勵磁分量與轉矩分量進行了解耦控制，在磁場定向控制下，發(fā)電機的轉矩與給定值成簡單的比例關系。

  對于籠型異步發(fā)電機一變換器發(fā)電系統(tǒng)的自勵建壓發(fā)電問題，可采用在發(fā)電機端部接電容自勵建壓；或在電力電子變換器直流側電容上連接蓄電池預充直流電壓，由變換器提供無功自勵。在控制發(fā)電機起勵的過程中，必須隨直流電壓的變化來確定磁鏈恰當?shù)慕o定幅值（或勵磁電流分量）和恰當?shù)霓D矩給定值（或有功電流分量），特別是在預充電壓較低的情況下，否則將不能實現(xiàn)自勵。如何像并電容自勵那樣利用異步發(fā)電機的剩磁電壓，通過控制變換器使異步發(fā)電機自勵建壓值得進一步研宄。

　3結論異步發(fā)電機轉子磁場定向控制策略換器的發(fā)電系統(tǒng)將有很強的競爭力，目前逐漸成為在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中，在新型起動發(fā)電雙功能電源系統(tǒng)中，籠型異步發(fā)電機結合電力電子變國際上的一個研究熱點。電力電子技術在異步電機的電動運行控制中己具備了大量可借鑒的技術。如何針對變速發(fā)電運行的特點，使異步發(fā)電機一電力電子變換器發(fā)電系統(tǒng)的動靜態(tài)特性更趨完善，在系統(tǒng)模型、控制策略、電路拓撲等方面都有值得深入研究的地方。