风能发电并网系统的研究

论文摘要

随着人们对新能源的关注与日俱增,风能发电目前已经成为世界各国对可再生资源利用领域的研究热点,其中如何将不稳定的风能转化为可用的能与公共市电并网的电能是人们研究的焦点。本文基于直驱型风力发电系统,采用交流永磁同步发电机,利用逆变器作为发电机与电网的电能转换接口,通过DSP控制逆变器使风力发电机发出的不稳定电能转化成能与公用电网并网的交流电,实现对电网电压跟踪的实时控制。本文在详细分析各种并网逆变方案的基础上,提出了一个可行的高效的并网控制系统。首先将风力发电机发出的不稳定的交流电经过三相不可控整流桥,得到较低的直流电压,再经过DC-DC ZVT-Boost电路将该直流电压升高,最后通过对全桥逆变器的控制,得到可实时跟踪市电的稳定交流电。本文以2KW风力发电系统的为例,对并网逆变器主电路参数的选择作了理论推导和计算。在设计中,为了得到与电网电压同频同相的电能,采用电压源输入电流源输出的控制方式,通过软件锁相环控制技术采集电网电压波形,与给定幅值相乘得到标准电流信号,该信号与采集的逆变器输出电流比较,对其差值进行PI控制加电网电压前馈控制,再与固定频率的三角波比较得到SPWM波,控制开关管的通断,最终得到理想的输出电流。其中,PI控制可以大大提高系统的性能,电网前馈可以减小可量测的电网的扰动,有利于系统的稳定性。此外,为了提高控制效率,本设计以高性能数字信号处理芯片TMS320LF2407A型DSP作为主控制器,AT89C52单片机作为从控制器,为逆变装置设计具有双CPU的全数字控制系统,完成数据采集,分析计算,算法实现、实时SPWM波形生成等控制任务。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 全球经济危机与风能发电
• 1.2 风力发电优点及国内外发展优势
• 1.3 风力发电并网标准
• 1.4 论文的主要内容
• 2 风力发电机并网方法分析
• 2.1 发电机并网方法介绍
• 2.1.1 异步发电机并网方法
• 2.1.2 同步发电机并网方法
• 2.1.3 双馈发电机并网方法
• 2.2 本文提出的风能并网方案
• 2.2.1 并网系统比较
• 2.2.2 本文提出的并网方案
• 3 并网控制器主电路及其参数设计
• 3.1 AC/DC整流电路
• 3.1.1 AC/DC整流电路原理
• 3.1.2 AC/DC整流电路参数设计
• 3.2 Boost型ZVT-PWM电路及其参数设计
• 3.2.1 电路拓扑
• 3.2.2 工作模式分析
• 3.2.3 参数设计
• 3.3 DC/AC逆变电路
• 3.3.1 PWM逆变器的电路结构及工作原理
• 3.3.2 PWM逆变器的电路参数设计
• 4 并网逆变器控制系统设计
• 4.1 并网逆变器的控制策略
• 4.1.1 控制方式分析
• 4.1.2 本设计采用的控制策略
• 4.1.3 逆变环节的结构模型
• 4.2 电网电压同步信号的跟踪
• 4.2.1 锁相控制技术介绍
• 4.2.2 本文所采用的锁相方法
• 4.3 SPWM波的产生
• 4.3.1 SPWM波产生方法分析
• 4.3.2 本文采用的SPWM波产生电路
• 5 控制系统硬件及软件设计
• 5.1 基于双CPU的控制系统硬件设计
• 5.1.1 DSP主控板
• 5.1.2 MCU-LCD-KEY控制板
• 5.1.3 TMS320F240与89C52串行通信
• 5.1.4 外围电路
• 5.2 控制系统软件设计
• 5.2.1 主程序设计
• 5.2.2 网压同步信号产生
• 5.2.3 SPWM产生
• 5.2.4 单片机软件部分
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢