风力发电并网变流器实验平台的设计与研究

论文摘要

风能作为新能源的一个重要组成部分,是新能源中技术中最成熟、最具开发条件和广阔商业化前景的一种发电方式。风力发电技术因此也受到了世界各国的充分重视,成为了研究的热点。模块并联是提高变流器系统总功率,实现冗余设计的一个重要途径。本文分析了三种模块并联技术的优缺点,得出采用线路级并联较适合本系统的结论。在此基础上,采用载波移相技术,提高系统的等效开关频率,从而减小输出电流纹波,减轻对滤波器的设计。滤波器性能对系统也非常重要。LCL滤波器在获得较好的滤波效果的同时,能够减小总的电感量,从而提高系统的输出能力,提高响应速度。文章对LCL滤波器的设计方法进行了详细介绍。本文对直流侧平面母线技术进行了介绍。平面母线技术能够减小系统直流侧的寄生电感,减小IGBT的关断电压尖峰,有利于保护功率模块,增强系统运行的安全性,提高系统运行寿命。文章对变流器主电路控制系统设计方法进行了介绍。通过建模,采用PI进行补偿网络的设计,使系统能够闭环稳定运行。本文对FPGA实现多路PWM通道扩展技术进行了介绍。利用FPGA能够方便地生成多路PWM信号,较好地实现了载波移相技术。最后基于以上设计,对实际变流器模型进行了调试实验。通过实验证明上述设计的正确性和实用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 风力发电技术在国内外的发展状况
• 1.2 风力发电技术概述
• 1.2.1 风力发电技术分类
• 1.2.2 风力发电变流器拓扑
• 1.3 风力发电实验平台概述
• 1.3.1 风力发电实验平台的设计思想
• 1.3.2 风力发电实验平台的结构和意义
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 并网变流器的主电路设计
• 2.1 变流器系统主电路简介
• 2.1.1 主电路结构
• 2.1.2 IPM简介
• 2.2 并联方式
• 2.3 载波移相技术
• 2.3.1 基本原理
• 2.3.2 载波移相造成的环流及其影响
• 2.3.3 抑制环流的措施
• 2.4 LCL型滤波器
• 2.4.1 LCL型滤波器原理
• 2.4.2 LCL型滤波器设计
• 2.5 直流侧平面母线技术
• 本章小节
• 第三章 并网变流器控制系统设计
• 3.1 三相PWM变流器建模分析
• 3.1.1 三相PWM变流器概述
• 3.1.2 三相PWM变流器数学模型
• 3.2 变流器双环控制系统
• 3.2.1 电流环设计
• 3.2.2 电压环设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 变流器模型各功能部分
• 4.1 DSP+FPGA核心控制板简介
• 4.1.1 TMS320F2812介绍
• 4.1.2 FPGA简介
• 4.2 多路PWM信号的产生
• 4.2.1 FPGA生成多路PWM设计
• 4.2.3 FPGA系统仿真
• 4.3 IPM驱动信号处理
• 4.4 采样调理电路
• 4.5 直流母线过压保护设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 实验结果
• 5.1 多路PWM信号生成实验
• 5.2 开关管关断电压尖峰测试实验
• 5.3 变流器低压并网实验
• 5.4 载波移相实验
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 附录 变流器模型
• 参考文献
• 致谢
• 硕士在读期间发表的论文