基于DSP的風能并網(wǎng)逆變器研究

【摘要】：風力發(fā)電是新能源中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。風力并網(wǎng)發(fā)電將會成為風能利用的主要發(fā)展趨勢，因此如何將變化的風能轉(zhuǎn)化為電能與電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電是可再生能源利用的關(guān)鍵技術(shù)之一，也成為了目前可再生能源利用領(lǐng)域的研究熱點。 本文論述了一種應用于可再生能源利用領(lǐng)域的風能并網(wǎng)方案。該并網(wǎng)逆變方案采用同步永磁發(fā)電機作為風力發(fā)電機，設(shè)計了永磁同步風力發(fā)電機與電網(wǎng)之間的電力電子接口——并網(wǎng)逆變器。本文所做的工作主要是：首先分析分布式風力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)標準，討論了現(xiàn)行并網(wǎng)方案的優(yōu)缺點，提出PFC校正+DC／AC逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)。第三部分詳細分析了并網(wǎng)逆變器的Boost直流升壓電路和單相逆變電路，控制策略上PFC部分采用連續(xù)模式下基于平均電流控制策略的電壓環(huán)電流環(huán)的雙閉環(huán)的控制結(jié)構(gòu)，使得校正器具有單位功率因數(shù)、電壓調(diào)節(jié)和低電流諧波的特性。逆變部分采用電壓型并網(wǎng)的輸出電流跟蹤控制方案，使得輸出的電流與電網(wǎng)電壓同頻同相。通過對逆變器數(shù)學模型的分析，給出詳細的數(shù)字控制器設(shè)計方法。此外討論了實現(xiàn)風力發(fā)電機MPPT控制的擾動法，實現(xiàn)風力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的最大值，提高風能的利用效率。在文中采用仿真軟件Matlab／Simulink對所設(shè)計的電路以及數(shù)字控制系統(tǒng)進行建模和仿真，完成對主電路控制策略的優(yōu)化驗證。結(jié)果證明，該并網(wǎng)逆變器能夠有效的解決風能并網(wǎng)以及低風速時風能利用問題，具有單位功率因數(shù)、低諧波等特點。 以2KW風力發(fā)電系統(tǒng)為例，選取了并網(wǎng)逆變器的主要電路器件。在控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計上采用高性能數(shù)字信號處理芯片TMS320LF2407+AT89C51的雙CPU控制結(jié)構(gòu)，給出了采樣電路、IGBT驅(qū)動電路以及單片機鍵盤液晶顯示電路的設(shè)計方法。在軟件設(shè)計上將實時嵌入式操作系統(tǒng)uC／OS-Ⅱ移植到以數(shù)字信號處理器(DSP)為控制核心的并網(wǎng)逆變器中，構(gòu)建了一種通用嵌入式電力電子開發(fā)控制平臺，以此作為并網(wǎng)逆變裝置的二次開發(fā)，采用實時內(nèi)核管理和調(diào)度任務(wù)，提高了系統(tǒng)的實時性和可靠性。 【關(guān)鍵詞】：井網(wǎng)逆變 風力發(fā)電 數(shù)字信號處理器 嵌入式實時操作系統(tǒng) 功率因數(shù)校正
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2006
【分類號】：TM464
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 課題背景及意義10-11
• 1.2 風力并網(wǎng)發(fā)電發(fā)展概況分析11-14
• 1.2.1 風力并網(wǎng)發(fā)電的現(xiàn)狀及趨勢11-13
• 1.2.2 風力并網(wǎng)發(fā)電所面臨的問題13-14
• 1.3 風力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)標準14-17
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容17-18
• 2 風力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)方案分析18-26
• 2.1 風力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)介紹18-22
• 2.1.1 現(xiàn)行風能并網(wǎng)方法綜述18-22
• 2.1.2 當前風能并網(wǎng)方案存在的問題22
• 2.2 本文提出的風能并網(wǎng)方案22-25
• 2.2.1 直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)介紹22-23
• 2.2.2 風能并網(wǎng)逆變器23-25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 3 并網(wǎng)逆變器主電路及其控制技術(shù)分析26-46
• 3.1 PFC環(huán)節(jié)及其控制技術(shù)分析26-36
• 3.2 DC／AC環(huán)節(jié)及其控制技術(shù)分析36-41
• 3.3 風力發(fā)電MPPT控制技術(shù)分析41-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 4 基于DSP的并網(wǎng)逆變器的硬件實現(xiàn)46-65
• 4.1 并網(wǎng)逆變器硬件電路概述46-47
• 4.2 主電路關(guān)鍵參數(shù)選擇47-52
• 4.2.1 不可控整流模塊的選擇47-48
• 4.2.2 DC／DC升壓電路PFC部分48-50
• 4.2.3 DC／AC逆變部分選擇50-52
• 4.3 基于DSP的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計52-63
• 4.3.1 DSP主控板53-55
• 4.3.2 數(shù)據(jù)采集板的設(shè)計55-59
• 4.3.3 IGBT驅(qū)動板的設(shè)計59-61
• 4.3.4 MCU—LCD—KEY控制板設(shè)計61-63
• 4.4 本章小結(jié)63-65
• 5 基于uC／OS-Ⅱ的并網(wǎng)逆變系統(tǒng)軟件設(shè)計65-73
• 5.1 實時嵌入式操作系統(tǒng)uC／OS-Ⅱ介紹65-66
• 5.2 uC／OS-Ⅱ在DSP上的移植66-67
• 5.3 并網(wǎng)逆變器軟件開發(fā)67-73
• 6 系統(tǒng)設(shè)計仿真結(jié)果73-78
• 6.1 電力電子常用仿真軟件比較73-74
• 6.2 并網(wǎng)逆變器仿真分析74-77
• 6.3 本章小結(jié)77-78
• 結(jié)論78-79
• 參考文獻79-81
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況81-82
• 致謝82-83

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