一种大功率可再生能源的应用现状设计和实现

将独立的驱动系统简单的并联。同时，其可靠性要高于将同样数量的模块经过复杂并联后组成一个更大功率的变换器(见图1)。

图1 有3个发电机绕组和独立驱动系统的风机结构

1.2 风力发电机

风车是一种利用风力驱动的带有可调节的叶片或梯级横木的轮子所产生的能量来运转的机械装置。古代的风车，是从船帆发展起来的，它具有6-8副像帆船那样的篷，分布在一根垂直轴的四周，风吹时像走马灯似的绕轴转动，叫走马灯式的风车。这种风车因效率较低，已逐步为具有水平转动轴的木质布蓬风车和其它风车取代，如"立式风车"、"自动旋翼风车"等。风车在如今已很少用于磨碎谷物，但作为发电的一个手段正在获得新生。"装有发电涡轮机的农场"是由驱动发电机的大型风车组构成的。近代风车主要用于发电，由丹麦人在19世纪末开始应用，20世纪经过不断改进趋于成熟，功率最大达到15MW.

发电机的一些要求，例如最小尺寸、脉动转矩和短路转矩，尤其对于低速直驱发电机，导致需要使用较多的相绕组，例如使用两套，三套或六套三相绕组。一般不使用5相、7相或者更高相数的多相系统，因为三相逆变器和控制器都是已经标准工业化的。几兆瓦发电机传统需要中压输出。但是中压输入和输出系统对于中压电力电子器件的使用提出了要求。现在中压并网变换器开关频率几千赫兹，效率很低而且每千瓦的花费也很大。

1.3 无功功率控制

可再生能源电源还有以下要求：有功控制，无功控制，低电压穿越以及不经常提到的非对称电网电压运行。

可再生能源电源的无功控制首先使用于风机中，最近在光伏中开始运用。它导致连接线端逆变器的直流母线电压更高。

1.4 线端逆变器工作原理

逆变器(inverter)是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220v50HZ正弦或方波)。应急电源，一般是把直流电瓶逆变成220V交流的。通俗的讲，逆变器是一种将直流电(DC)转化为交流电(AC)的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、按摩器、风扇、照明等 .高效率和节能是家电应用中首要的问题。三相无刷直流电机因其效率高和尺寸小的优势而被广泛应用在家电设备中以及很多其他应用中。此外，由于采用了电子换向器代替机械换向装置，三相无刷直流电机被认为可靠性更高。

PWM变换器中的能量流动控制通过调整相移角δ实现，它是电源电压U1和对应变换器的输入电压Vs1之间的相角差。

当U1领先Vs1时，电能从交流电源流向变换器。相反的，如果U1滞后 Vs1,电能从变换器的直流端流入交流电源。电能传输方程见公式(1)。

交流电源功率因数可以通过控制Vs1的幅值来调节。每相等效电路和功率因数超前、滞后以及单位功率因数时的运行如图2所示。通过相图可以看到，当功率因数为1时，Vs1满足

图2 并网逆变器每相等效电路，单位功率因数以及超前和滞后功率因数的相图

2新型设计方案

2.1大功率风机逆变器单元串联

风机设计中采用基于独立发电机绕组的直驱式变换器有很多优势，但也有一个大缺陷。在发电机和变换器之间需要更多电缆--三套三相绕组设备。为此所有变换器需要放置在机舱中靠近发电机的地方。对于大功率低电压的情况，发电机电流远大于1500A.一个很好的方法是使用中压同步发电机并且只用一个二极管整流器。然而，在这种情况下，直流母线电压变化很大(1:2)，并且需要中压的硅器件。风机需要在最小的旋转速度和最小的直流电压下都可以产生电能。例如对于1000V直流电，输出到中压变压器上的电压相对较小，为660V.与此同时，直流母线电压可能超过2kV.

对于并网逆变器，一种合理的解决方案是将逆变器串联，这样可以对可变的发电机整流电压进行分压。这些并网逆变器接到中压变压器的初级绕组上，独立的维持其直流母线电压。对于更低的发电机电压，其中一些单元必须旁路掉，使得单元总的等效电压减小并对应于发电机电压。风机转矩的要求实际上是对发电机电流的要求;因此可以将其与真实的直流电流比较。如果需要的转矩比实际的直流电流大，则旁路的时间总和更大，更多的单元需要被旁路掉，这样等效反电势减小，直流电流增大。

每一个使用的并网逆变器控制并保持输入直流电压恒定，例如1000V,它们都连接到变压器的初级绕组上。如果直流电压高于一个设定值，放电电流增大。并网逆变器可以是单相和三相单元。单相单元只有一个变压器绕组。发电机发出的中压电经过整流，例如十几千伏，供电给串联起来的这种逆变器单元