风力发电电能变换装置的研究.doc
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华中科技大学文华学院毕业设计（论文）
大学
毕业设计（论文）
题目：
风力发电电能变换装置的研究
学生姓名：
学号：
学部（系）：
机械与电气工程学部
专业年级：
电气工程及其自动化
指导教师：
职称或学位：
讲师
年6月2日
21
目录
摘要……………………………………………………………………………………I
关键词………………………………………………………………………………I
Abstract………………………………………………………………………………I
Keywords……………………………………………………………………………I
前言………………………………………………………………………………………I
1.绪论………………………………………………………………………………………1
1.1课题背景及意义.………………………………………………………………1
1.2风力电能变换装置的发展趋势………………………………………………1
1.2本文研究的主要内容…………………………………………………………3
2.风力发电电能变换系统介绍……………………………………………………3
2.1现行风能变换方案分析……………………………………………………3
2.2现行风能变换系统存在的问题……………………………………………4
2.3本文提出的风能变换系统方案………………………………………………5
3.逆变器主电路及其控制技术研究与仿真………………………………………5
3.1三相不控整流电路分析…………………………………………………6
3.2Boost电路技术分析…………………………………………………………7
3.3PFC数字控制实现………………………………………………………………8
3.4DC/AC电路及其控制技术实现…………………………………………10
4.系统电路关键参数的选择与计算……………………………………………15
4.1不可控整流模块的选择…………………………………………………15
4.2Boost升压电路模块的选择……………………………………………16
4.3DC／AC逆变部分选择………………………………………………………17
结束语………………………………………………………………………………………………18
参考文献……………………………………………………………………………………………20
致谢……………………………………………………………………………………21
风力发电电能变换装置的研究
摘要
本文通过一个小型的针对性强的方便实用的经济高性能的风力发电电能变换系统的设计流程，来论述风力发电电能变换装置。
该风力发电电能逆变方案采用同步永磁发电机作为风力发电机，并设计了发电机与用户之间的电力电子接口——逆变器。
本文采用SG3525芯片，该芯片可以产生互补的SPWM，具有可以实现稳压的反馈端，也具有过流保护的控制端。
SG3525主要实现逆变环节的SPWM波形的产生和系统不同负载情况下的稳压功能。
系统采用了AC-DC-AC的逆变结构，完美的实现风力发电电能变换过程。
此外讨论了实现风力发电机MPPT控制的扰动法，实现风力发电系统输出功率的最大值，提高风能的利用效率。
关键词：
逆变器；风力发电；单相正弦脉冲
ResearchofWindPowerGrid—ConnectedInverter
Abstract
Inthispaper,asmall,convenientandpracticaltargetedeconomicperformanceofwindenergypowerconversionsystemdesignprocess,todiscusswindenergyconversiondevice.Thewindpowerinverterprogramusingsynchronouspermanentmagnetgeneratorasawindturbine,anddesignedthegeneratorandpowerelectronicinterfacebetweenusers-theinverter.Inthispaper,SG3525chip,thechipcanproducecomplementarySPWM,feedbackregulationcanbeachievedwiththeendofthecontrolsidealsohasovercurrentprotection.SG3525keysectorstoachieveSPWMinverterwaveformgenerationandthesystemofregulationunderdifferentloadfunctions.SystemusestheAC-DC-ACinverterstructure,theperfectrealizationofwindpowerconversionprocess.AlsodiscussedtherealizationofthedisturbancewindturbineMPPTcontrolmethodtorealizewindpowersystemmaximumpoweroutput,improveenergyuseefficiency.
KeyWords：
Inverter；Windpowergeneration；SPWM
前言
能源是现代社会和经济发展的基础。
经济的发展与人口的增长使得能源需求日益增加，同时以煤炭、石油和天然气为主的常规能源对自然环境产生了严重的污染和破坏，人类正面临着能源利用和环境保护的双重压力。
经过全球的各国的调查研究发现，在所有新型能源当中，目前最具有发展潜力的就是风能。
但是风能能量密度低、稳定性差，
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等特点。
这样就给风能发电带来不小的难题。
为此，学术界很风力发电电能变换装置研究的很多。
本文针对像利用风力发电解决偏远无电山区的供电问题这些场合提出了小型的风力发电电能变换方案。
该方案针对性强，经济实惠，方便。
在其针对的场合提供较完美的风力发电电能变换方案。
方案中采用SPWM控制方法以提高风力发电电能变换系统的输出电能的质量，要克服类似的风力发电电能变换方案中直接采用了方波逆变输出的电能在有些情况下就不尽人意的缺点。
另外，在本系统中采用一块集成控制芯片来解决逆变控制问题。
系统小巧实用，利用该控制电路不仅可以解决SPWM的产生问题，还可以用作保护电路的设计。
实现在故障时候自动启动保护电路，在故障被排除后重新启动系统，使其正常工作。
本文主要研究针对上述的特定场合，利用较简单的但是成熟的问题，提出能够自动适应变化的负载环境的风力发电电能变换方案。
根据风力发电电能变换系统的关键点（逆变器）等，电能变换方案进行了主要的分析和讨论。
并选择一个实用的、经济实惠的、可以对所针对的环境提供好的风力发电电能变换方案。
本方案可以为像偏远无电山区这样的环境解决无电问题，其中利用的是目前最用具有前景的风能，加上目前国家正在出提高农村等偏远地区生活水平的政策。
因此，本方案的从环保、经济、方便、适用方面都具有展示出较好的前景。
1绪论
1.1课题背景及意义
能源是现代社会和经济发展的基础。
经济的发展与人口的增长使得能源需求日益
增加，同时以煤炭、石油和天然气为主的常规能源对自然环境产生了严重的污染和破坏，人类正面临着能源利用和环境保护的双重压力。
早在80年代世界各国就开始寻求能够代替常规能源的新能源。
相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源（特别是化石能源）枯竭问题具有重要意义。
同时，由于很多新能源分布均匀，对于解决由能源引发的战争也有着重要意义。
因此受到了世界各国的重视，目前世界各国都已经把开发新能源和利用可再生能源作为未来能源发展的方向。
据多年调查分析，发现风力发电在目前是最具发展前景的。
风力发电可以为无电偏远地区，如高山、草原和海岛等，提供电力。
主要是利用风力发电机进行性能能源的采集，在利用整流滤波电路得到满足要求的直流电。
最后利用DC/AC的逆变电路进行逆变，升压、滤波满足电网要求后，送与用户使用。
也可以用许许多多的风力发电设备组建一个大型的风力发电厂，把它作为电力系统的一部分。
这样可以很好的缓解现行发电系统的对环境的污染和破坏。
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。
其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约2.53亿千瓦。
中国新能源战略开始把大力发展风力发电设为重点。
按照国家规划，未来15年，全国风力发电装机容量将达到2000万至3000万千瓦。
以每千瓦装机容量设备投资7000元计算，未来风电设备市场将高达1400亿元至2100亿元。
因此，不管是从政治上还是经济上都非常有发展空间。
1.2风力电能变换装置的发展趋势
风力发电要经过两次能量转换，首先需要风轮机将风能转换成机械能，再由发电机及其控制系统将机械能转换成电能。
由于风能能量密度低、稳定性差，所以大中型风轮机的最高转速一般在20～40r/min，这样低的转速是不能直接驱动常规发电机的。
目前，主要是采用齿轮箱对风轮机提速的方法来解决这一问题，这种风力发电系统结构，我们称其为非直驱风力发电系统。
这类风力发电系统又主要分为定桨距风力发电机和变桨距风力发电机两种。
定桨距风力发电机的风轮机桨叶与轮毂的连接是固定的，既当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化，发电机一般采用双速发电机来保证低风速段风力发电机具有较好的效率特性。
变桨距风力发电机的风轮机的桨叶可绕叶片中心轴旋转，使叶片攻角在一定范围内变化，以便调节输出功率不超过设计容许值。
这两种系统的发电机均采用异步发电机。
图1-1非直驱风力发电系统结构图
图1-2直驱风力发电系统结构图
图1-2所示系统为直驱风力发电系统，该系统主要由风轮机、发电机和电能变换装置三部分组成。
由于风能密度的问题，该系统的发电机需运行在低转速下，并且输出的电能不稳定，需采用电能交换装置来解决。
但是，目前在国内对直驱风力发电系统的研究还较少，尤其是对电力电子装置功率接口的研究。
风力发电机的MPPT（MaxPowerPointTracker）控制是针对风力机输出功率最大点的跟踪控制。
根据风车的空气动力学特性，在一定的风速下为了将风能最大转化为电能，存在一个最优的风车转速。
最大功率控制是指在不同风速情况下，控制系统通过调节负载自动搜索最佳叶尖速比，使风力发电系统总是工作在或接近最佳状态，获得最大输出功率，从而最大限度地利用风能。
风能是一种能量密度低，稳定性差的能源。
由于风速和风向变化的随机性，风力机的输出转矩和功率将会随机变化，偏离最大输出点。
根据风力发电供电方式的不同将功率输出定性地分为两类：
调节机械功率，在风力机控制回路加调节装置使
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