矩阵变换器在风力发电系统中的应用研究

(a) 变 换 器 与 电 机 连 接 的 等 效 模 型 (b) 双 馈 电 机 的 电 流

图 9 故 障 状 态 下 ， 双 馈 电 机 等 效 电 感 向 箝 位 电 容 放 电

Fig.9 Discharging of the inductances to the clamp capacitor during a fault situation

ΔQ_motor=(6)

对于最坏的情况，比如i_m=0，且i_r=i_s式(6)变为

ΔQ_motor,max=(7)

传输的能量ΔQ_motor,max是选取电容值的重要参数。电机断开后，箝位电容两端的电压上升值V_cl为

V_cl=(8)

可求得所需要的电容值C_c为

C_c==(9)

式中：v_max为最大允许电压，为实现在选取箝位电容C_c时保留一定的裕度，用v_max取代了式（8）中的v_cl；

      I_lim为变换器的电流限制值，取代了式（7）中双馈电机的定子电流值i_s。

    从式（9）可以看出，箝位电容的选取，取决于三个参数：负载电感，负载电流和电容耐压值。一般说来，对不同的电机，假定负载电流为电机额定电流值I_nom的1.5倍，最大的箝位电压为1000V，选取电容时可参考表1的数据^[6]：

表1  电容取值经验表

Table 1 Clamp capacitor designed for a current limit P/kW I_nom/A L_δs/mH L_δr/mH C_c/μF 2.2 4.8 7.57 7.41 3.4 4.0 8.9 4.34 6.48 8.4 7.5 16 3.02 3.90 17.5 11 22 1.97 3.33 25.3     该设计过程的主要缺点是在选取电容值之前必须先确定负载的参数。在实际设计中，可以考虑最坏情况来选取电容：假定一个较大的负载电流，较高的负载电感。但是，这样选取的结果往往电容值偏大，使系统的动态响应变慢，对实施保护控制不利。这是设计矩阵变换器时所不希望的，故在设计箝位电路时对参数要权衡取值。

4  结语

    矩阵变换器以其特有的优点，在新型风力发电系统中得到应用。本文对传统的矩阵变换器、改进的双桥矩阵变换器做了较为详细的分析和比较，给出了矩阵变换器中箝位电路工作原理和参数选择。矩阵变换器这一新型的电源变换技术具有优良的输入输出特性，随着电力电子技术和高速处理器的发展，其应用研究必将进一步深入。

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