機械工業(yè)出版社

CHINAMACHINEPRESS王成元

編著現(xiàn)代電機控制技術(shù)感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制第五章5.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理與矢量方程

三相感應(yīng)電機運行具有可逆性，既可以作電動機運行，又可以作發(fā)電機運行?，F(xiàn)對比電動機運行，來分析發(fā)電機工作原理與矢量控制問題。5.1.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理圖5-1a中，籠型感應(yīng)電機作電動機運行，氣隙磁場幅值恒定且以電角速度逆時針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子電角速度為，轉(zhuǎn)差速度；也可看成氣隙磁場靜止不動，而轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)差速度相對順時針旋轉(zhuǎn)，各導(dǎo)條中轉(zhuǎn)差頻率電動勢和電流的實際方向則如圖中所示。由轉(zhuǎn)子各導(dǎo)條電動勢構(gòu)成的電動勢矢量將滯后氣隙磁場以90°電角度，由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條存在漏磁，各導(dǎo)條電流構(gòu)成的電流矢量將以空間電角度滯后于，在動態(tài)過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子速度變化時亦如此。圖5-1籠型感應(yīng)電機兩種運行狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差頻率電動勢和電流矢量a)電動機運行b)發(fā)電機運行5.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理與矢量方程5.1.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理穩(wěn)態(tài)運行時，籠型轉(zhuǎn)子各導(dǎo)條電動勢構(gòu)成了對稱的正序多相系統(tǒng)，若轉(zhuǎn)子繞組為繞線型三相繞組，則可構(gòu)成對稱的正序三相系統(tǒng)，其頻率為轉(zhuǎn)差頻率。轉(zhuǎn)子電流矢量（轉(zhuǎn)子磁動勢）將以轉(zhuǎn)差速度相對轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)，相對定子旋轉(zhuǎn)的電角速度則為同步速。

圖5-1b中，籠型轉(zhuǎn)子的電角速度，，感應(yīng)電機將作發(fā)電機運行。也可看成氣隙磁場靜止不動，而轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)差速度相對逆時針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子各導(dǎo)條內(nèi)運動電動勢方向恰好與電動機運行時相反，整個導(dǎo)條構(gòu)成的電動勢矢量將以90°電角度超前于。由于各導(dǎo)條存在漏磁，導(dǎo)條內(nèi)電流在時間上將滯后于運動電動勢，假設(shè)導(dǎo)條16旋轉(zhuǎn)到現(xiàn)有位置時才達零值，整個導(dǎo)條電流構(gòu)成的轉(zhuǎn)子電流矢量將以電角度超前于，這與電動機運行時有很大不同。5.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理與矢量方程5.1.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理穩(wěn)態(tài)運行時，由于轉(zhuǎn)子相對氣隙磁場的旋轉(zhuǎn)方向與電動機運行時正好相反，因此在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感生的電動勢構(gòu)成了對稱的負序系統(tǒng)，故從轉(zhuǎn)子側(cè)看，仍然滯后于，此時和將以轉(zhuǎn)差速度相對轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)，相對定子則仍以同步速逆時針旋轉(zhuǎn)。無論是電動機還是發(fā)電機，氣隙磁場均是由定、轉(zhuǎn)子基波合成磁動勢

建立的，故有(5-1)且有(5-2)式(5-1)和式(5-2)為三相感應(yīng)發(fā)電機的磁動勢方程，與電動機磁動勢矢量方程形式相同。5.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理與矢量方程5.1.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理同電動機一樣，可將式(5-1)和式(5-2)轉(zhuǎn)換成電流矢量方程，即有(5-3)(5-4)式中，和為定、轉(zhuǎn)子單軸繞組中電流矢量。由于鐵心磁滯的原因，

將滯后()一定的空間角度。5.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理與矢量方程5.1.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理圖5-2a中，()與近乎同相位，而轉(zhuǎn)子電流以(90°+)電角度滯后于，因此由式(5-3)可確定定子電流

的相位，相位一定超前于，表明感應(yīng)電機作電動機運行。圖5-2b中，

仍與近乎同相位，但將超前于以(90°+)電角度，由此確定了定子電流的相位，可以看出，一定超前于，表明感應(yīng)電機已作發(fā)電機運行。圖5-2三相感應(yīng)電機定、轉(zhuǎn)子磁動勢(電流)矢量圖a)電動機運行b)發(fā)電機運行5.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理與矢量方程5.1.2三相感應(yīng)發(fā)電機的矢量方程磁鏈方程01為簡化分析，現(xiàn)設(shè)定發(fā)電機為理想電機，此時氣隙磁場則為，與勵磁電流方向一致，于是由圖5-2b可畫出如圖5-3所示的電流與磁鏈?zhǔn)噶繄D。于是，可將磁鏈?zhǔn)噶糠匠瘫硎緸?5-5)圖5-3三相感應(yīng)發(fā)電機內(nèi)定、轉(zhuǎn)子電流和各磁鏈?zhǔn)噶靠梢钥闯?，發(fā)電機的磁鏈方程與電動機磁鏈方程形式相同，這是因為發(fā)電機運行僅改變了定、轉(zhuǎn)子電流矢量和間的相位關(guān)系，而空間各磁場仍然是由定、轉(zhuǎn)子電流建立的。5.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理與矢量方程5.1.2三相感應(yīng)發(fā)電機的矢量方程電磁轉(zhuǎn)矩及機械方程02對比圖5-3和圖2-9可見，電機運行由電動機轉(zhuǎn)換為發(fā)電機后，轉(zhuǎn)子電流

已由滯后轉(zhuǎn)換為超前（領(lǐng)跑），電磁轉(zhuǎn)矩由驅(qū)動性質(zhì)轉(zhuǎn)換為制動性質(zhì)。仍按電動機慣例，由電動機電磁轉(zhuǎn)矩的一般性表達式(4-1)，可得發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩的一般性表達式即為式中，為到的空間電角度。此時，電磁轉(zhuǎn)矩逆時針作用于定子，而與其相等相反，電磁轉(zhuǎn)矩將順時針作用于轉(zhuǎn)子，成為制動轉(zhuǎn)矩。(5-6)5.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理與矢量方程5.1.2三相感應(yīng)發(fā)電機的矢量方程電磁轉(zhuǎn)矩及機械方程02三相感應(yīng)發(fā)電機的機械方程為(5-7)式中，為原動機驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，，此時制動電磁轉(zhuǎn)矩已取負值。在ABC軸系內(nèi)，由于電磁轉(zhuǎn)矩為非線性項，故機械方程仍為非線性方程。5.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理與矢量方程5.1.2三相感應(yīng)發(fā)電機的矢量方程定、轉(zhuǎn)子電壓矢量方程031．在定子ABC軸系中，電動機的定、轉(zhuǎn)子電壓矢量方程為式(4-11)和式(4-15)，發(fā)電機運行時，仍取電動機慣例，定子電壓矢量方程不會改變，即有(5-8)式(4-15)中，對轉(zhuǎn)速的大小沒加任何約束，故仍適于發(fā)電機運行，即有(5-9)5.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理與矢量方程5.1.2三相感應(yīng)發(fā)電機的矢量方程定、轉(zhuǎn)子電壓矢量方程032．在任意旋轉(zhuǎn)MT軸系內(nèi)，發(fā)電機的定、轉(zhuǎn)子電壓矢量方程自然也與電動機的相同，由式(4-34)和式(4-35)，可得(5-10)(5-11)同電動機一樣，任意旋轉(zhuǎn)MT軸系可沿轉(zhuǎn)子磁場、氣隙磁場或定子電磁進行磁場定向，同樣可得磁場定向下的定、轉(zhuǎn)子電壓矢量方程。下面以氣隙磁場定向予以說明。5.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理與矢量方程5.1.2三相感應(yīng)發(fā)電機的矢量方程定、轉(zhuǎn)子電壓矢量方程033．在氣隙磁場定向MT軸系內(nèi)的定、轉(zhuǎn)子電壓方程(5-12)(5-13)由式(5-10)和式(5-11)，可得氣隙磁場定向定、轉(zhuǎn)子電壓矢量方程，即有方程式(5-12)和式(5-13)與電動機氣隙磁場定向定、轉(zhuǎn)子電壓矢量方程形式相同，唯一的差異是式中的已為負值，如圖5-1所示，這決定了發(fā)電機內(nèi)的電磁作用關(guān)系已與電動機有所不同?，F(xiàn)以穩(wěn)態(tài)運行來說明兩者的差異性。穩(wěn)態(tài)運行時，。5.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理與矢量方程5.1.2三相感應(yīng)發(fā)電機的矢量方程定、轉(zhuǎn)子電壓矢量方程03由式(5-12)和式(5-13)，可得穩(wěn)態(tài)定、轉(zhuǎn)子電壓方程為,3．在氣隙磁場定向MT軸系內(nèi)的定、轉(zhuǎn)子電壓方程(5-14)(5-15)按電動機慣例，，是以轉(zhuǎn)差頻率表示的轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢矢量；，為定子電動勢矢量。則有(5-16)(5-17)5.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理與矢量方程5.1.2三相感應(yīng)發(fā)電機的矢量方程定、轉(zhuǎn)子電壓矢量方程03定、轉(zhuǎn)子電壓方程式(5-16)和式(5-17)中，發(fā)電機與電動機運行唯一不同的是：已由正值轉(zhuǎn)為負值，故圖5-2中由滯后90o轉(zhuǎn)換為超前90o電角度，轉(zhuǎn)子電流由滯后轉(zhuǎn)換為超前。電動機運行時，電磁轉(zhuǎn)矩為(5-18)電磁功率則為(5-19)5.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理與矢量方程5.1.2三相感應(yīng)發(fā)電機的矢量方程定、轉(zhuǎn)子電壓矢量方程03發(fā)電機運行時，如圖5-4所示，，此時已為轉(zhuǎn)子向定子輸出的電磁功率（）。圖5-4氣隙磁場定向下的磁鏈和電流矢量圖5.1感應(yīng)發(fā)電機工作原理與矢量方程5.1.2三相感應(yīng)發(fā)電機的矢量方程定、轉(zhuǎn)子電壓矢量方程03實際上，感應(yīng)電機的工作原理依據(jù)的是電磁感應(yīng)，即轉(zhuǎn)子繞組在氣隙磁場下旋轉(zhuǎn)感生了運動電動勢（電流），由此生成電磁轉(zhuǎn)矩，將機械能轉(zhuǎn)換為電能（或相反）；與此同時，通過定、轉(zhuǎn)子磁動勢平衡（在氣隙磁場定向下，體現(xiàn)為），電能饋入電機（或反饋于電源）。這期間感生運動電動勢是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，決定了電機內(nèi)電磁功率的流向和電機運行的性質(zhì)。可以看出，轉(zhuǎn)差率s（轉(zhuǎn)差頻率）是決定電機運行狀態(tài)的唯一變量，顯然這是由感應(yīng)電機工作原理決定的。5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)如5.1節(jié)所述，在不同軸系內(nèi)，三相感應(yīng)發(fā)電機的定、轉(zhuǎn)子電壓方程均與電動機相同，因此對電動機的矢量控制方式同樣適用于發(fā)電機?；蛘?，也可將發(fā)電機作為電動機，仍按原電動機慣例來控制發(fā)電機，只是因轉(zhuǎn)差率，最后輸出的電磁轉(zhuǎn)矩為制動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。三相感應(yīng)發(fā)電機因其結(jié)構(gòu)簡單、耐用，維護率低，且不需另外勵磁，已被廣泛用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，特別是作為大型風(fēng)力發(fā)電機，可用于海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)5.2.1定速并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)定速并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是將籠型感應(yīng)發(fā)電機直接并網(wǎng)。由于發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率很小，對于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機，通常速度變化小于額定轉(zhuǎn)速的1%，故稱為定速發(fā)電系統(tǒng)。為避免并網(wǎng)時刻產(chǎn)生沖擊電流和轉(zhuǎn)矩振蕩，以免對電網(wǎng)造成擾動和產(chǎn)生破壞性的機械應(yīng)力，通常采用軟起動器并網(wǎng)，如圖5-5所示。圖5-5定速籠型感應(yīng)發(fā)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)5.2.1定速并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)軟起動器實際上是一種由三對反并聯(lián)晶閘管構(gòu)成的交流電壓控制器，通過調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)延遲角來逐漸增大發(fā)電機定子電壓，使發(fā)電機定子電壓從零逐漸增大至電網(wǎng)電壓，可以得到一個平穩(wěn)的并網(wǎng)過渡過程而不會出現(xiàn)沖擊電流。當(dāng)實際風(fēng)速大于切入風(fēng)速時，風(fēng)力機槳距角經(jīng)輕微調(diào)整能以較小轉(zhuǎn)矩來加速電機轉(zhuǎn)子，此時電機作空載運行，并沒有定子電壓產(chǎn)生。當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，通過圖5-5所示主電路開關(guān)使其與電網(wǎng)并聯(lián)，與電網(wǎng)直接相連的晶閘管的控制角在180°與0°之間逐漸同步打開；與其反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角也同時由0°與180°之間逐漸增大。在雙向晶閘管初始導(dǎo)通階段（即發(fā)電機轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速階段），電機實際工作于電動機模式，隨著轉(zhuǎn)速的升高，其轉(zhuǎn)差率逐漸為零。當(dāng)轉(zhuǎn)差率為零時，雙向晶閘管已全部導(dǎo)通，軟起動器旁路開關(guān)閉合，發(fā)電機輸出電流通過已閉合的軟起動器旁路開關(guān)閉合流向電網(wǎng)，并網(wǎng)過程結(jié)束。通過調(diào)整風(fēng)力機槳距角捕捉風(fēng)能，電機軸上傳遞來的機械轉(zhuǎn)矩將大于電機的電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將大于同步速，電機運行進入了發(fā)電模式，風(fēng)力機便開始向電網(wǎng)發(fā)電。5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)5.2.1定速并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)5.2.1定速并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在定速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，感應(yīng)發(fā)電機要從電網(wǎng)吸收無功功率，因此需要進行無功功率補償。圖5-5中采用了三相電容器作為無功補償裝置，但是無功功率會隨有功功率的變化而變化，故需要對補償電容不斷進行調(diào)節(jié)。這種定速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點是無需閉環(huán)控制，無需PWM變換器，因此結(jié)構(gòu)簡單、成本低、較少維護和可靠性強，更適合于海上風(fēng)力發(fā)電，因為海上風(fēng)速相對平穩(wěn)。風(fēng)力機為了在不同風(fēng)速下均能捕獲最大的功率，必須對風(fēng)力機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)解，以確保其始終能運行于最大功率點(MaximumPowerPoint，MPP)。顯然這種定速并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電機不具有最大功率點跟蹤能力，因此能量轉(zhuǎn)換效率低。此外，系統(tǒng)不能對有功功率進行控制，在陣風(fēng)下容易造成轉(zhuǎn)矩震蕩和破壞機械力。為解決這一問題，可采用變速并網(wǎng)的運行模式。5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)5.2.2變速并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機的運動控制01圖5-6給出的是變速籠型感應(yīng)發(fā)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的簡圖。為了在不同風(fēng)速下均能獲得最大功率，配置了調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速所需的全功率變換器，采用的是電壓型雙PWM變換器。圖5-6變速籠型感應(yīng)發(fā)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)5.2.2變速并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機的運動控制01風(fēng)力發(fā)電機可以采用矢量控制，矢量控制可以采用定子磁場定向、氣隙磁場定向或轉(zhuǎn)子磁場定向，磁場定向可采用直接磁場定向或間接磁場定向。這里采用了基于轉(zhuǎn)子磁場和直接磁場定向的矢量控制。圖5-7籠型感應(yīng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁場定向下的動態(tài)矢量圖（增大時）采用電動機慣例后，籠型感應(yīng)電動機在轉(zhuǎn)子磁場定向MT軸系內(nèi)的定、轉(zhuǎn)子磁鏈和電壓矢量方程同樣適用于發(fā)電機運行，此時，則有。另外，如圖5-7所示，在轉(zhuǎn)子磁場定向MT軸系內(nèi)，，電磁轉(zhuǎn)矩則為(5-20)由式(5-20)得出的電磁轉(zhuǎn)矩為負值，為制動轉(zhuǎn)矩。5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)5.2.2變速并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機的運動控制01圖5-8是基于轉(zhuǎn)子磁場和直接磁場定向的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)原理性框圖。圖中，功率變換器由兩個相同的兩電平電壓源PWM變換器通過直流母線連接而成，直流母線電容器使兩個變換器可以各自獨立控制而不相互干擾，因此可實現(xiàn)相互解耦，但前提是必須保證電容器電壓穩(wěn)定。能量可以雙向流動，現(xiàn)能量由發(fā)電機流向電網(wǎng)，故發(fā)電機測變換器具有整流功能（作為整流器），電網(wǎng)側(cè)變換器具有逆變功能（作為逆變器），前者用于發(fā)電機轉(zhuǎn)矩控制，后者用于直流母線電容器電壓控制和無功功率（功率因數(shù)）控制。圖5-8基于轉(zhuǎn)子磁場和直接磁場定向的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)框圖5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)5.2.2變速并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機的運動控制01對比圖5-8和圖4-19可以看出，發(fā)電機側(cè)的控制系統(tǒng)與電動機基于轉(zhuǎn)子磁場和直接磁場定向的控制系統(tǒng)在構(gòu)成上基本相同。不同的是，圖4-19中采用的磁鏈模型是電流-轉(zhuǎn)速模型，而圖5-8中采用的是電壓-電流模型，模型的輸入為發(fā)電機定子三相電壓和電流檢測值，輸出為轉(zhuǎn)子磁場的幅值和空間相位角。采用變速風(fēng)力發(fā)電機的主要目的是使發(fā)電機在較寬的速度范圍內(nèi)均能實現(xiàn)最大功率點跟蹤（MaximumPowerPointTracking,MPPT），在不同風(fēng)速下捕獲的功率可實現(xiàn)最大化，采用轉(zhuǎn)子磁場定向控制可以提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力，更有利于MPPT控制。5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)5.2.2變速并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機的運動控制01風(fēng)力機可捕獲的最大功率與風(fēng)力機的轉(zhuǎn)速具有如下關(guān)系，即可將最大功率（機械功率）表示為(5-21)(5-22)式中，為風(fēng)力機的機械轉(zhuǎn)矩。5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)5.2.2變速并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機的運動控制01將式(5-22)代入式(5-21)，可得(5-23)式(5-23)表明，通過轉(zhuǎn)矩最優(yōu)控制可使風(fēng)力機實現(xiàn)最大功率點跟蹤(MPPT)。忽略變速箱和機械傳動鏈造成的機械功率損耗，則可將風(fēng)力機的機械轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變換為發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。通過矢量控制使實際值與期望值相等，即可實現(xiàn)最大功率點的跟蹤。5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)5.2.2變速并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機的運動控制01

根據(jù)式(5-20)，由可得到定子電流轉(zhuǎn)矩分量參考值，另由磁通調(diào)節(jié)器的輸出可得定子電流勵磁分量參考值，通過兩個電流調(diào)節(jié)器(PI)，可以實現(xiàn)對定子電流兩個分量和的閉環(huán)控制，兩個電流調(diào)節(jié)器可依據(jù)感應(yīng)電動機定子電壓方程(4-59)和(4-60)進行設(shè)計，但為了能夠各自獨立控制定子電流轉(zhuǎn)矩分量和勵磁分量，尚需增加解耦環(huán)節(jié)（在圖5-8中沒有標(biāo)出），最后可得直、交軸控制電壓和。經(jīng)由MT軸系到ABC軸系的變換，可得定子三相電壓參考值、和,運用PWM或SVPWM（空間矢量脈寬調(diào)制）可實現(xiàn)對整流器的控制。5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)5.2.2變速并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器控制02對并網(wǎng)逆變器可實現(xiàn)獨立控制。如圖5-8所示，逆變器與電網(wǎng)相連，通過控制逆變器可以控制直流母線電容器電壓和輸入電網(wǎng)的無功功率?？刂圃砣缦?。圖5-9中，是由電網(wǎng)三相電壓、、構(gòu)成的電壓矢量，是由輸入逆變器的三相電流、、構(gòu)成的電流矢量。在穩(wěn)態(tài)運行時，和幅值恒定且以電源角頻率逆時針旋轉(zhuǎn)?？梢钥闯?，通過控制電流矢量相對電壓矢量的空間相位角，便可控制風(fēng)電系統(tǒng)向電網(wǎng)輸入的無功功率。圖中，MT軸系已沿定子電壓實現(xiàn)了定向，其M軸已與在方向上取得了一致。圖5-9電網(wǎng)電壓和電流矢量5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)5.2.2變速并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器控制02按電動機慣例，電網(wǎng)向逆變器輸入的電功率可表示為式中，，，；，為有功分量，

為無功分量。(5-24)(5-25)(5-26)5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)5.2.2變速并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器控制02圖5-9中，當(dāng)時，，表示電網(wǎng)向變換器（風(fēng)電系統(tǒng)）輸入有功功率；當(dāng)時，,表示變換器（風(fēng)電系統(tǒng)）向電網(wǎng)輸出有功功率。當(dāng)

時，若控制，則有，將滯后于，功率因數(shù)角的范圍為；當(dāng)時，若控制，則有，將超前于，功率因數(shù)角的范圍為。在實際的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，通常要求逆變器運行于超前功率因數(shù)（容性）狀態(tài)，用以支撐電網(wǎng)電壓，此時為負值，功率因數(shù)角的范圍應(yīng)為，在此條件下可向電網(wǎng)輸出滯后無功功率。因此通過控制網(wǎng)側(cè)無功電流便可控制向電網(wǎng)輸出的無功功率和功率因數(shù)。5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)5.2.2變速并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器控制02圖5-10中，忽略逆變器損耗，逆變器電網(wǎng)側(cè)的有功功率應(yīng)與直流功率相等，即有(5-27)式中，常值。圖5-10并網(wǎng)逆變器控制電容器電壓和無功功率的原理性框圖式(5-27)表明，通過控制可以達到控制直流電壓的目的。當(dāng)逆變器向電網(wǎng)輸出的功率小于直流側(cè)的輸入功率時，多余的能量將存儲于電容器中，會使直流電壓升高，反之會使其下降，因此通過控制網(wǎng)側(cè)有功電流，就可以控制變換器兩側(cè)有功功率處于平衡狀態(tài)，從而保持的穩(wěn)定。5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)5.2.2變速并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器控制02圖5-10并網(wǎng)逆變器控制電容器電壓和無功功率的原理性框圖圖5-10中，可將逆變器的直流側(cè)看作是電阻R與電動勢E串聯(lián)的電路。在給定電壓的作用下，逆變器的平均直流電壓經(jīng)PI調(diào)節(jié)器作用被控制為恒值，故E與的差值決定了電能傳輸?shù)姆较?，?dāng)時，則有，電能將由逆變器向電網(wǎng)流動，電網(wǎng)側(cè)的逆變器將運行于逆變模式。5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)5.2.2變速并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器控制02圖5-10中，、、為加于逆變器的三相電壓，在ABC軸系內(nèi)定子三相電流的狀態(tài)方程為(5-28)式中，為電網(wǎng)側(cè)電感，包括變壓器漏電感，電網(wǎng)側(cè)電感通常是為降低網(wǎng)側(cè)電流畸變而增加的。網(wǎng)側(cè)電阻很小，對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響也很小，故可以忽略不計。5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)5.2.2變速并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器控制02由式(5-28)，可得以ABC軸系表示的矢量方程為(5-29)式中，，，。通過變換因子，將式(5-29)由ABC軸系變換到圖5-9中沿電壓矢量定向的MT軸系，可得(5-30)式中，為的旋轉(zhuǎn)速度，為在ABC軸系內(nèi)的空間相位角；是因為ABC軸系到MT軸系的旋轉(zhuǎn)變換而引起的電壓項。5.2感應(yīng)發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)5.2.2變速并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電機的矢量控制系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器控制02可將式(5-3