1.5MW直驱式风力发电机谐波及其影响分析

图 3.3 单重的 boost 升压电路

图 3.4 三重移相 boost 升压电路

图 3.5 永磁风力发电机接电容滤波的电阻负载 本文分析所使用的永磁风力发电机的一些参数为：功率 1500KW，频率 11.53Hz，则对应的电角频率为： ω = 2π f= 72.408rad/s。以下先分析永磁风力发电机接电容滤波的电阻负载时的谐波情况，用 MaxwellCircuit Editor 搭建的外电路模块如图 3.5 所示。

电路中电容值的大小并没有具体的计算式来确定，主要是能使负载电压波动范围比较小则可，这里取 C = 100mF。电阻值的大小反映的是负载的大小，这里取 R = 0.3Ω 。经过三相不控整流之后得到的电容（或负载电阻）电压如图 3.6 所示，稳定值为Ud = Ur=650v，负载电阻电流如图 4.7 所示，稳定值为 I = 2170A。此时电阻负载消耗的功率为：P = U RIR= 1410KW。根据电路参数有 Rω C= 2.17 < 3，按照理想正弦电压源的不控整流分析，输出的直流电压平均值为VD = 1.35ν 1 = 0.955ν 1m= 659ν，实际值为VD?VR?650v，结果较为接近。

文中的仿真计算模型的电流初始值设为零，所以在仿真计算的初始阶段会有一个电流稳定过程。

图 3.6 电容（电阻）电压波形

图 3.7 电阻电流波形

综合分析图 3.8 至图 3.10 可知，由于永磁风力发电机自身带有电感，而且每相的电流值相当大，会导致在二极管整流过程中不能在自然换相点进行电流完全换相，存在一个换相重叠角A 相的具体换流过程是，在 A 相电压瞬时值（正值）上升过程中，C 相电压瞬时值正在下降，其电流也在下降，当 A 相电压Au 大于 C 相电压Bu 时，A相电流开始上升，此时 A 相的电流和 C 相的电流之和等于 B 相电流的绝对值，A 相和 C 相同时导通的时期称为换相重叠期。当 C 相电流下降至零的时候，A 相的共阴极二极管 D1 完全替代 C 相的共阴极二极管 D5，独自向负载供电。此后，当正在下降的 A 相电压等于正在上升的 B 相电压时，B 相的共阴极二极管 D3 开始导电，经历一段 A 相和 B 相的换相重叠期时间后，A 相电流逐渐下降至零，并开始负半波周期。

图 3.8 空载反电势

图 3.9 共阳极的三个二极管电流波形

图 3.10 共阴极的三个二极管电流波形

将图 3.9 的共阳极二极管电流波形和图 3.10 的共阴极二极管电流波形合并