1 引言

　　近年来，节能减排己得到世界各国政府的重视，其对环境保护和国民经济的可持续发展有着巨大的作用。在工业用户中所使用的大容量电动机消耗着大量的电能，利用交流变频器进行节能改造，特别是在风机、泵类的调速中，节能效果明显。

　　伴随着新能源的不断开发，风力发电方式以其优越性得到了大规模的应用和发展，所使用的发电机主要有永磁直驱发电机和双馈感应发电机。其中在利用永磁发电机进行发电时，其产生的低频电压要经变频至工频后方能并入电网，变频器需要保证足够大容量进行全功率变换；而目前广泛使用的双馈感应发电机（dfig），要求变频器具有既能送出电能到转子又能将转子能量反馈到电网的功能。众所周知，变频器*主要的部件是逆变器，早期的逆变器，比如三相桥式逆变器常采用6脉冲运行方式，其输出电压为方波或阶梯波，谐波含量很大。近年来，随着开关频率较高的全控型电力电子器件gto，igbt，igct的问世，逆变器的控制方式大多被脉宽调制（pwm）代替，以正弦波脉宽调制（spwm）用得*多。spwm的优点是可以同时完成调压，调频的功能，使输出电压中谐波含量极大地减少，此外由于开关频率高，有利于快速地对电流进行控制，逐渐成为变频控制系统中应用*广泛的一种调制方式。而随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，为变频器技术日趋成熟准备了条件，先进的空间矢量脉宽调制（svpwm）技术在此环境下应运而生，变频器的svpwm算法与其拓扑结构有着密切的联系，因此必须根据变频器拓扑结构的不同，选取相应的控制算法。svpwm的主要思想是：以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成pwm波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。传统的spwm方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而svpwm方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。

　　在设计和研究变频器时，*方便的方法，无疑是利用仿真工具，mathworks公司的matlab软件，它是功能十分强大而齐全的应用软件，它有许多工具箱，用户可以从工具箱中取出所需的元器件，通过连接操作，建立与实物相对应的数学模型，从而对它进行测试，所得仿真结果可供设计或研究作参考；或者编写程序，通过命令操作执行，进而得到所需数据，给研究人员提供了很大的方便。matlab软件提供的simulink仿真无疑是*佳选择之一，在simulink（7.04）工具箱中有电力系统simpower system的工具箱，为变频器仿真提供了几乎所需的全部元器件，所以使用它们很容易进行仿真。应该指出在实际变频器的应用中，要求变频器输出的是频率、幅值均能变化的输出电压。如双馈感应发电机（dfig），要求随着风速及转子转速的变化，向转子侧供电的电流的大小和滑差频率也都要有相应变化，这样从工具箱中取出的、具有固定输出频率和恒定电压的spwm发生器就不能胜任，必须要由外部控制的spwm发生器来实现。

　　交-直-交变频器的结构主要由整流器（可控或不可控）和直流侧电容器c，电压源逆变器vsi，以及用作控制的pwm发生器组成。实际中还可能有输入、输出侧滤波器；而双馈发电机（dfig）的变频系统，其逆变部分主要由电网侧逆变器和转子侧逆变器，及各自连接的pwm发生器和直流侧电容器组成。当转子速度小于定子磁场的同步转速时，网侧逆变器工作于整流状态，转子侧逆变器工作于逆变状态，反之，当转子速度大于同步转速时，转子侧逆变器工作于整流状态，网侧逆变器工作于逆变状态，这种变频器工作时能量是双向流动的。因此通常的变频调速类型的变频器己不适用。为维持直流电压稳定，通常给两台逆变器直流侧并接电容器，构成电压源逆变器，另外还需备有滤波器（filter），以保证进入转子的电流为正弦波。对向电机转子供电的变频器的要**，所供电流的频率和幅值都是可变和可控的。

2 风力发电变频系统概述

　　2.1 风力发电机及其变频系统介绍

　　在目前的兆瓦级大容量变速恒频风力发电系统中，双馈型是主流机型，发展时间比较长，技术相对成熟，与双馈型相比，直驱型风电机减少了齿轮箱，降低了系统成本和维护成本，因为齿轮箱价格昂贵，易于损坏且维修复杂，我国尚不能完全独立生产。由于发电机采用永磁同步发电机，能量密度大，转速低，可靠性得到了提高；但直驱型风电机所用的逆变器需要传递全部电能，变频器的容量要求比较大，增加了逆变器的制造难度，同时，永磁同步发电机转速很低，发电机体积大、成本较高。

　　风力发电机的单机容量越来越大，风力发电机的控制拓扑结构也各有不同。就目前情况来看，双馈型风力发电机仍占主流，然而直驱型风力发电机组以其固有的优势也逐渐受到关注，直驱型风力发电系统中，电能都要经过逆变器并接到电网，这就要求功率器件具备较高的功率等级。然而受功率器件耐压极限和制作工艺的限制，单一功率器件的容量是有限的，同时，由于逆变器的功率很大，基于降低开关损耗，器件的开关频率也不可能太高，但开关频率低又会导致逆变器输出波形的畸变率增加，进而增加后续滤波器的设计难度，并对电网产生谐波污染。因此适合于直驱型风力发电系统的逆变器拓扑还需要进行很好的研究，逆变器作为电能回馈至电网的**通路，对其容量、可靠性、响应速度和并**性等各方面要求较高，它对于整个系统的稳定、高效运行尤其重要。逆变器的设计和制造，是直驱型风力发电系统的一个重点和难点，掌握这项技术，对于推动我国风力发电事业的前进，增强风力发电领域的自主**能力，具有十分重要的意义。