小功率風電逆變電源關鍵技術應用研究

【摘要】：當前，煤炭、石油和天然氣等化石能源仍是能源消耗的主體，但是這些化石能源的儲量逐漸減少，并且終將會被開采殆盡；同時化石能源的消耗帶來的嚴重的環(huán)境污染問題也引起了人們的注意。風電作為綠色能源的一種，越來越受到人們的關注。風電技術，特別是風電并網(wǎng)逆變器技術已成為全世界研究的熱點。在風力資源豐富而且有低壓電網(wǎng)的地區(qū)，小風電并網(wǎng)系統(tǒng)的使用不僅可以提高風電利用率，還能為用戶帶來一定的經濟效益。因此，小風電系統(tǒng)的并網(wǎng)是風電發(fā)展的一個必然趨勢。 本文研究一種適用于獨立/并網(wǎng)雙模式的小風電逆變器。文章對雙模式逆變器的主電路結構進行了分析，綜合考慮可靠性、成本及工作效率，最終選擇帶有高頻變壓器的主電路拓撲結構，該拓撲結構用于小功率并網(wǎng)逆變器。 將系統(tǒng)分為升壓、逆變兩個環(huán)節(jié)分別作了詳細的理論分析。在分析各種控制方式的基礎上，本文選擇單極性SPWM控制方式來產生逆變器的控制信號。根據(jù)系統(tǒng)的工作模式不同，采取不同的控制策略。獨立運行時，為保證本地負載的電壓支持，采用電壓電流閉環(huán)控制輸出電壓；并網(wǎng)運行時，采用電流雙閉環(huán)控制輸出電流。 由于逆變器在獨立運行模式下采用電壓控制方式，而在并網(wǎng)運行模式下采用電流控制方式，在兩種模式切換過程中，特別對于重要負載與敏感負載，逆變器運行模式的平穩(wěn)、自動、可靠的切換十分必要。本文針對不同的切換順序作了分析比較，并給出了一種適用于兩種模式切換的控制方法。利用MATLAB/Simulink分別對不同切換方式進行仿真，結果證明了切換方法的可行性。 針對并網(wǎng)逆變器的孤島效應的產生原因、危害、檢測方法進行分析。在主動頻率漂移檢測法（AFD）的基礎上，采用了一種改進型AFD方法，改進后AFD孤島檢測法不再受負載特性的影響。利用MATLAB/Simulink對常規(guī)AFD檢測法與改進型AFD孤島檢測法進行了仿真，證明了改進型AFD檢測法的有效性。 完成了基于TMS320F2812 DSP的功率為3kW的小風電逆變電源的硬件設計與軟件設計。 【關鍵詞】：逆變器 并網(wǎng)模式 獨立模式 無縫切換 孤島檢測
【學位授予單位】：天津理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM464
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 課題研究背景及意義10-12
• 1.1.1 新能源分布式發(fā)電系統(tǒng)的應用10-11
• 1.1.2 孤島效應11-12
• 1.2 獨立/并網(wǎng)雙模式逆變器的研究現(xiàn)狀分析12
• 1.3 分布式發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)標準與要求12-14
• 1.4 論文的主要研究內容14-15
• 第二章 雙模式逆變器系統(tǒng)電路結構分析及總體設計15-22
• 2.1 雙模式逆變器的基本原理15-18
• 2.1.1 主電路拓撲結構比較分析15-16
• 2.1.2 主電路逆變環(huán)節(jié)工作時序分析16-18
• 2.2 雙模式逆變器總體設計18-19
• 2.3 濾波器的選擇與設計19-22
• 2.3.1 濾波方式的選擇19-20
• 2.3.2 濾波器參數(shù)設計20-22
• 第三章 雙模式逆變器關鍵技術研究分析22-36
• 3.1 逆變器控制技術概述22-24
• 3.2 逆變器前級DC/DC控制策略研究24
• 3.3 并網(wǎng)模式下逆變器控制策略研究24-27
• 3.4 獨立模式下逆變器控制策略研究27-29
• 3.5 獨立、并網(wǎng)雙模式切換算法研究29-31
• 3.5.1 切換順序分析29-30
• 3.5.2 減少并網(wǎng)沖擊的措施30
• 3.5.3 雙模式切換算法30-31
• 3.6 孤島效應檢測算法研究31-35
• 3.6.1 孤島效應的產生31-32
• 3.6.2 孤島效應產生的危害32
• 3.6.3 孤島檢測算法32-33
• 3.6.4 改進型AFD孤島檢測法33-35
• 3.7 本章小結35-36
• 第四章 雙模式逆變器系統(tǒng)控制算法的仿真研究與分析36-45
• 4.1 逆變器前級DC/DC變換的仿真分析36-37
• 4.2 逆變器并網(wǎng)運行的仿真分析37-39
• 4.3 逆變器獨立運行的仿真分析39-40
• 4.4 逆變器雙模式切換的仿真分析40-42
• 4.5 孤島檢測的仿真分析42-44
• 4.6 本章小結44-45
• 第五章 雙模式逆變器主電路元器件選型及系統(tǒng)設計45-63
• 5.1 雙模式逆變器的設計指標45-46
• 5.1.1 雙模式逆變器的功能實現(xiàn)45
• 5.1.2 雙模式逆變器的設計參數(shù)45
• 5.1.3 系統(tǒng)整體設計45-46
• 5.2 雙模式逆變器主電路設計46-50
• 5.2.1 高頻變壓器的設計46
• 5.2.2 主電路功率器件的選擇46-48
• 5.2.3 主電路功率器件外部電路設計48-49
• 5.2.4 基于IPM逆變器主電路設計49-50
• 5.3 雙模式逆變器控制電路硬件設計50-55
• 5.3.1 主控芯片TMS320F2812 簡介50-51
• 5.3.2 控制系統(tǒng)外圍采樣電路設計51-53
• 5.3.3 系統(tǒng)輔助電源設計53-54
• 5.3.4 CAN通信電路設計54-55
• 5.3.5 保護電路設計55
• 5.4 雙模式逆變器系統(tǒng)軟件設計55-62
• 5.4.1 系統(tǒng)的主程序設計55-56
• 5.4.2 周期中斷子程序設計56-57
• 5.4.3 捕獲中斷子程序設計57-59
• 5.4.4 SPWM算法程序設計59-61
• 5.4.5 不同模式下逆變器控制策略的程序設計61-62
• 5.5 本章小結62-63
• 第六章 總結與展望63-65
• 6.1 總結63
• 6.2 展望63-65
• 參考文獻65-68
• 發(fā)表論文和科研情況說明68-69
• 致謝69-70

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