微型水電與電網(wǎng)協(xié)同供電技術(shù)的研究

【摘要】： 微型水電至今沒有一個明確的定義。根據(jù)聯(lián)合國開發(fā)計劃署“第二次國際小水電會議”的建議,裝機容量在100kW以下的水電站稱為微型水電。在我國,微型水電一般是指小溪、小河在一定河段長度內(nèi),所具有的有效發(fā)電勢能,可以帶動微水電機組發(fā)電。它由引水渠、微型水輪機、發(fā)電機、穩(wěn)壓穩(wěn)頻控制器、傳動裝置等組成,獨立運行,不需要輸變電,直接向農(nóng)戶供電。經(jīng)全國微水電發(fā)展研討會(2007年7月4日)討論決定,將單機容量500kW以下的水力發(fā)電系統(tǒng)定義為微水電,符合我國國情和國際市場需要。 由于電網(wǎng)的延伸,在建有微型水電站的地區(qū),用戶可以對微型水電和國家電網(wǎng)的電能選擇使用,一般豐水期的時候是主要依靠微型水電,枯水期是依靠國家電網(wǎng)。由于微型水電裝置的局限性,在使用中會造成相當(dāng)比例部分的能量浪費,主要體現(xiàn)在兩個方面：一,當(dāng)進水量大于額定值時,通過溢流管道泄放多余流量或者手動關(guān)小進水閥,而當(dāng)負載減小時,利用虛擬負載調(diào)速系統(tǒng)消耗多余的電能保持轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速；二,當(dāng)進水量小于額定值后(每款具體產(chǎn)品的規(guī)定值不同),就不能保證穩(wěn)壓穩(wěn)頻的電壓輸出,此種情況,用戶常棄用微型水電裝置而向電網(wǎng)取電。前者是因為能量過剩而消耗在無用負載上,這種情況可以考慮將微水電并到電網(wǎng)上；后者是因為微水電提供的能量不能滿足負載而被舍棄。 微水電并網(wǎng),可以很好的解決以上的情況,但由于體制的限制,在絕大部分地區(qū)尚未實現(xiàn)。本文提出一種新方法,將微水電和電網(wǎng)聯(lián)結(jié)為一體,向用戶供電,在現(xiàn)有體制下,能夠很充分的利用微水電。 建立了微水電和電網(wǎng)聯(lián)結(jié)的模型,分析了電網(wǎng)和微水電協(xié)同供電的原理,闡述在微水電發(fā)出的電能不能夠在電壓、頻率上滿足負載要求時,將微水電發(fā)出的電能進行不控整流,將電網(wǎng)的電能進行半控整流,再將兩部分電能疊加,最后逆變輸出給負載。 在電網(wǎng)電壓半控整流模型中,詳細分析了交流側(cè)的諧波、諧波對電網(wǎng)的污染,并找出解決方法；直流側(cè)的高次諧波的濾波；輸出電壓與輸入電壓關(guān)系的數(shù)學(xué)模型等。在EDA軟件multisim、matlab中進行仿真驗證,并在試驗中得以驗證。 將電網(wǎng)輸入電壓、微水電發(fā)出的電壓和最終獲得的穩(wěn)定輸出電壓構(gòu)成一個負反饋的閉環(huán)系統(tǒng),通過EDA軟件Protel設(shè)計出數(shù)字式檢測控制電路板,調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角,將輸出電壓為控制量,使之有一恒定的輸出。 在得到紋波系數(shù)符合要求的穩(wěn)定電壓后,再將電能逆變成所需頻率的交流電壓,提供給負載。 在對能源動力十分渴求的今天,應(yīng)當(dāng)利用起一切可利用的能源,且要在低成本的情況下運行。本文設(shè)計出的方案,可以使得微型水電裝置得到相當(dāng)充分的利用,可用于邊遠地區(qū)農(nóng)村的照明、農(nóng)副產(chǎn)品的再加工等,對改進微型水電系統(tǒng)和能源的最大化利用都有一定的意義。 【關(guān)鍵詞】：微型水電 整流 逆變 協(xié)同供電
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TM72
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 研究的目的與意義10-11
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.4 課題中所研究的內(nèi)容14-16
• 第二章 整流電路的分析與設(shè)計16-27
• 2.1 單相不控整流電路分析與設(shè)計16-18
• 2.1.1 單相橋式不控整流電路分析16-17
• 2.1.2 發(fā)電機輸出電壓整流電路的設(shè)計及保護17-18
• 2.2 單相半控橋式整流電路分析與設(shè)計18-24
• 2.2.1 單相半控整流電路分析18-19
• 2.2.2 電網(wǎng)電壓整流電路的設(shè)計及保護19-24
• 2.3 電路諧波分析與濾波電路設(shè)計24-27
• 2.3.1 直流側(cè)電壓及電流分析24-25
• 2.3.2 濾波電路的設(shè)計25-27
• 第三章 逆變電路的分析與設(shè)計27-46
• 3.1 電力逆變技術(shù)簡介27-32
• 3.1.1 逆變技術(shù)的分類27
• 3.1.2 逆變技術(shù)發(fā)展與現(xiàn)狀27-28
• 3.1.3 逆變技術(shù)的原理28-32
• 3.2 正弦脈寬調(diào)制SPWM的基本原理及分析32-37
• 3.2.1 SPWM的基本原理32
• 3.2.2 SPWM波形調(diào)制方式32-33
• 3.2.3 正弦脈寬調(diào)制(SPWM)的特點33-34
• 3.2.4 正弦脈寬調(diào)制(SPWM)的控制方式34-35
• 3.2.5 正弦脈寬調(diào)制(SPWM)的諧波分析35-37
• 3.3 SPWM逆變電路仿真及分析37-40
• 3.3.1 spwm波仿真37-39
• 3.3.2 SPWM逆變電路驅(qū)動信號產(chǎn)生電路39
• 3.3.3 SPWM逆變仿真電路39-40
• 3.4 逆變電路的設(shè)計及保護40-46
• 3.4.1 IGBT的選取及保護電路40-42
• 3.4.2 IGBT的驅(qū)動電路設(shè)計42-46
• 第四章 測控電路的設(shè)計46-56
• 4.1 主控電路的硬件設(shè)計46-56
• 4.1.1 控制芯片的選取及外圍電路46-49
• 4.1.2 整流輸出電壓檢測電路49-51
• 4.1.3 換流點檢測電路51-56
• 第五章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計56-64
• 5.1 軟件開發(fā)環(huán)境Keil uVision 3簡介56-57
• 5.2 軟件設(shè)計流程57-61
• 5.2.1 用于控制晶閘管導(dǎo)通角的軟件設(shè)計57-59
• 5.2.2 用于實現(xiàn)SPWM的軟件設(shè)計59-61
• 5.3 軟件調(diào)試及結(jié)果分析61-64
• 第六章 實驗與結(jié)果分析64-68
• 6.1 實驗系統(tǒng)64-66
• 6.1.1 實驗裝置64-65
• 6.1.2 實驗方法65-66
• 6.2 實驗結(jié)果66-68
• 6.2.1 穩(wěn)定的直流輸出電壓66
• 6.2.2 SPWM波形及負載兩端等效電壓66-67
• 6.2.3 實驗分析67-68
• 第七章 結(jié)論與展望68-70
• 7.1 主要結(jié)論68
• 7.2 今后工作展望68-70
• 附錄1 測控電路原理圖70-71
• 附錄2 部分程序源代碼71-74
• 參考文獻74-78
• 致謝78-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文80

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