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　　刖景。

　　1異步電機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、直流電機、繞線式異步電機相比，籠型異步電機具有結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng)用并不普通。

　　近年來由于對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�；\型異步電機由于其突出的優(yōu)點，艮適合應(yīng)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(yīng)用異步發(fā)電機發(fā)電，關(guān)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(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，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(yīng)用在風(fēng)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(shè)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(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值。在采用電力電子裝置與異步電機結(jié)合構(gòu)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(shù)己比較成熟，關(guān)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(guān)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(zhuǎn)速變化范圍較大的場合。而串聯(lián)型適合于原動機轉(zhuǎn)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(shù)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(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，分別來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。

　　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(zhuǎn)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(yīng)用磁場定向矢量控制的異步發(fā)電機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)容性無功勵磁，具體到某一個應(yīng)用系統(tǒng)，電路的連接關(guān)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(cè)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。

　�、郛敯l(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(gòu)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(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)變化，但原動機的轉(zhuǎn)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(fù)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精確控制異步發(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(yīng)用磁場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(cè)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(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制策略的計算機仿真分析。并聯(lián)結(jié)構(gòu)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(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(gòu)成串聯(lián)結(jié)構(gòu)的異步發(fā)電機一變換器發(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)電機一變換器發(fā)電系統(tǒng)適合應(yīng)用于原動機轉(zhuǎn)速變化范圍較大的場合，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(shù)。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(yīng)較差。

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

　　異步電動機經(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)電機的轉(zhuǎn)子磁場定向控制策略如所示。系統(tǒng)檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及定子電流，由轉(zhuǎn)子磁鏈觀測算法得到轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值及其相角。在旋轉(zhuǎn)坐標系中，根據(jù)轉(zhuǎn)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(cè)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(qū)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(zhuǎn)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(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用專利。由于異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子磁場定向精度則受轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)框圖與轉(zhuǎn)子磁場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(zhuǎn)矩分量進行了解耦控制，在磁場定向控制下，發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩與給定值成簡單的比例關(guān)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(cè)電容上連接蓄電池預(yù)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(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(jié)論異步發(fā)電機轉(zhuǎn)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(jié)合電力電子變國際上的一個研究熱點。電力電子技術(shù)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(shù)。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。