当前课程知识点：现代电力电子技术及应用 > 第2章双PWM变流器及其在风电机组并网中的应用 > 2.3 双PWM变流器的运行 > 2.3 双PWM变流器的运行
在工业实际中
许多场合都需要实现功率的双向流动
例如高压直流输电系统
与交流电网间的功率交换
风力发电机的并网等
这就需要采用双PWM变流器
本节将介绍
交直交变流器的拓扑结构
和双PWM变流器的协调控制
交-直-交变流器的典型拓扑结构
主要有二极管整流+晶闸管逆变
二极管整流+PWM逆变
晶闸管整流+晶闸管逆变
背靠背双PWM变流器
采用二极管整流的换流器
不能实现功率的双向流动
只能单方向进行功率传输
且电网侧换流器使用晶闸管逆变
造成的谐波不但使电机转矩脉动增大
而且其谐波造成的损耗也会相应大为增加
影响系统的机械和电气寿命
采用PWM逆变器作为电网侧换流器
可实现有功功率、无功功率的解耦控制
对直流母线环节的电压稳定也起到了重要作用
可以提高风力发电机并网的电能质量
但是该结构同样存在功率单向流动问题
且二极管侧整流器功率因数较低
在传统的高压直流输电系统中
采用晶闸管整流+晶闸管逆变的拓扑结构
该拓扑结构可以实现功率的双向流动
但是由于相控整流需要吸收无功功率
需要在换流站安装无功补偿设备
以全控型器件和PWM技术为特征的
背靠背电压源型变流器
在风力发电系统
高压直流输电系统
柔性交流输电系统等领域得到广泛应用
图4所示为
风力发电系统中的
背靠背的双PWM变流器拓扑结构
两侧交流系统通过2个电压源型PWM变流器相连
两个变流器通过直流母线电容Ｃ
以背靠背的方式相连
直流母线电容器Ｃ为变流器提供电压支撑并减少直流侧谐波
电抗器用于滤除输出电流谐波
当变流器两端接入交流电网运行时
通过对两端变流器运行状态的控制
来实现能量的双向流动
直流侧电压和交流侧电压
是通过电力电子开关器件的开关状态来控制的
可快速对有功和无功功率进行控制
且输入、输出功率因数近似为1
输入电流、输出电压谐波含量低
对电网的谐波污染小
由于PWM变流器电能可双向传输
当PWM变流器从交流电网吸收电能时
其运行于整流工作状态
而当PWM变流器向交流电网传输电能时
其运行于有源逆变状态
由此可见
PWM变流器实际上是一个交、直流侧可控的
四象限运行的变流装置
当以电网电动势矢量为参考时
通过控制交流电压矢量V
即可实现PWM换流器的四象限运行
若假设|I|不变
因此|VL|=wL|I|也固定不变
在这种情况下
PWM变流器
交流电压矢量端点运动轨迹
构成了一个以|VL|为半径的圆
当电压矢量端点在圆轨迹AB上运动时
PWM变流器运行于整流状态
此时
PWM变流器需从电网吸收有功功率
和感性无功功率
电能通过PWM变流器由电网侧输送到直流侧
A点
电流矢量比电压矢量滞后90度
此时PWM变流器网侧呈纯感性
PWM变流器没有有功功率的交换
仅从电网吸收感性无功功率
当电压矢量端点在圆轨迹BC上运动时
PWM变流器运行于整流状态
此时
PWM变流器从电网吸收有功
和容性无功功率
电能通过PWM换流器由电网侧输送到直流侧
B点电流矢量与电动势矢量平行且同向
此时PWM变流器网侧呈现正阻特性
实现单位功率因数整流控制
当电压矢量端点在圆轨迹CD上运动时
PWM变流器运行于有源逆变状态
此时
PWM变流器向电网传输有功及容性无功功率
电能从PWM变流器直流侧输送到电网侧
C点电流矢量
比电动势矢量超前90度
此时PWM整流器网侧呈现纯电容特性
PWM变流器没有有功功率的交换
仅向电网输出容性无功功率
当电压矢量端点在圆轨迹DA上运动时
PWM变流器运行于有源逆变状态
此时
PWM整流器向电网传输有功及感性无功功率
电能从PWM变流器直流侧输送到电网侧
D点电流矢量与电动势矢量平行且反向
此时PWM整流器网侧呈现负电阻特性
实现单位功率因数有源逆变控制
在运行中
背靠背变流器
可采用一侧变流器控制直流母线电压和无功功率输出
另一侧变流器控制有功功率输出和无功功率输出
两个变流器运行状态可控
均可以在整流、逆变状态间自由切换
以实现能量双向流动
当电能由网侧流向机侧时
机侧需要从直流环节吸收能量
则机侧换流器工作于逆变状态
直流环节电容由于放电
会导致其两端的电压下降
为了维持直流电压稳定
则网侧换流器处于整流状态
能量从电网流向机侧
当电能由机侧流向网侧时
机侧需要向直流环节输出能量
处于整流状态
向直流电容充电
引起直流电压泵升
网侧换流器
需要将直流环节过剩电能输送到电网
处于逆变状态
能量从机侧送向电网
在双馈风力发电系统中
双PWM变流器
网侧换流器的作用是实现直流电压稳定
且保证变流器的输入端功率因数接近为 1
不对电网造成污染
转子侧换流器的作用
是实现最大风能捕获和定子输出无功的独立调节
根据机组的转速
调节转子绕组电流的频率实现变速恒频
控制转子回路电流的幅值和相位
调节机组输出的有功功率和无功功率
在永磁直驱风力发电系统中
通过控制机侧变流器
实现PMSG 的最大风能跟踪控制
通过控制网侧变流器
实现中间直流链电压稳定控制
及并网无功功率控制
本节主要对交-直-交变流器的拓扑结构
和双PWM变流器的协调控制进行了介绍
下节课见
-1.1无功补偿与有源滤波概述
-1.2SVG与APF关键技术
-1.3三相桥式PWM逆变电路
-1.4瞬时功率计算方法
-1.5谐波和无功电流的实时检测
-1.6SVG工作原理及应用
-1.7APF系统控制与仿真
-1.8SVG控制技术与仿真
-第一章习题
-2.1 风力发电技术概述
-2.2 风力发电机组
-2.3 双PWM变流器的运行
-2.4 风力机模型
-2.5 双PWM变流器的数学模型
-2.6 DFIG的数学模型
-2.7 DFIG的控制策略
-2.8 PMSG的数学模型
-2.9 PMSG的控制策略
-第二章习题
-3.1 柔性直流输电系统概述
-3.2 柔性直流输电的拓扑结构
-3.3 子模块的拓扑结构及工作原理
-3.4 MMC的调制方法——NLM
-3.5 MMC的调制方法——PWM
-3.6 MMC-HVDC的建模
-3.7 MMC的谐波分析
-3.8 MMC的均压均流控制
-3.9 柔直换流器的控制系统
-第三章习题
-4.1 蓄电池储能系统概述
-4.2 双向DC-DC变换电路拓扑
-4.3 双向Buck/Boost变换器工作原理（一）
-4.4 双向Buck/Boost变换器工作原理（二）
-4.5 双向Buck/Boost变换器数学模型
-4.6 蓄电池模型
-4.7 基于双向Buck/Boost变换器的BESS充放电控制
--4.7 基于双向Buck/Boost变换器的BESS充放电控制
-第四章习题
-5.1 电力电子变压器及隔离型DC-DC变换器概述
--5.1 电力电子变压器及隔离型DC-DC变换器概述（上）
--5.1 电力电子变压器及隔离型DC-DC变换器概述（下）
-5.2 双有源桥式变换器拓扑及工作原理
-5.3 双有源桥式变换器最小无功功率控制
-5.4 双有源桥式变换器软开关技术
-5.5 双有源桥式变换器在直流电力电子变压器中的应用
-5.6 双有源桥式变换器在交流电力电子变压器系统中的应用
--5.6 双有源桥式变换器在交流电力电子变压器系统中的应用（上）
--5.6 双有源桥式变换器在交流电力电子变压器系统中的应用（下）
-第五章习题
