小功率风电逆变电源关键技术应用研究

【摘要】：当前，煤炭、石油和天然气等化石能源仍是能源消耗的主体，但是这些化石能源的储量逐渐减少，并且终将会被开采殆尽；同时化石能源的消耗带来的严重的环境污染问题也引起了人们的注意。风电作为绿色能源的一种，越来越受到人们的关注。风电技术，特别是风电并网逆变器技术已成为全世界研究的热点。在风力资源丰富而且有低压电网的地区，小风电并网系统的使用不仅可以提高风电利用率，还能为用户带来一定的经济效益。因此，小风电系统的并网是风电发展的一个必然趋势。 本文研究一种适用于独立/并网双模式的小风电逆变器。文章对双模式逆变器的主电路结构进行了分析，综合考虑可靠性、成本及工作效率，最终选择带有高频变压器的主电路拓扑结构，该拓扑结构用于小功率并网逆变器。 将系统分为升压、逆变两个环节分别作了详细的理论分析。在分析各种控制方式的基础上，本文选择单极性SPWM控制方式来产生逆变器的控制信号。根据系统的工作模式不同，采取不同的控制策略。独立运行时，为保证本地负载的电压支持，采用电压电流闭环控制输出电压；并网运行时，采用电流双闭环控制输出电流。 由于逆变器在独立运行模式下采用电压控制方式，而在并网运行模式下采用电流控制方式，在两种模式切换过程中，特别对于重要负载与敏感负载，逆变器运行模式的平稳、自动、可靠的切换十分必要。本文针对不同的切换顺序作了分析比较，并给出了一种适用于两种模式切换的控制方法。利用MATLAB/Simulink分别对不同切换方式进行仿真，结果证明了切换方法的可行性。 针对并网逆变器的孤岛效应的产生原因、危害、检测方法进行分析。在主动频率漂移检测法（AFD）的基础上，采用了一种改进型AFD方法，改进后AFD孤岛检测法不再受负载特性的影响。利用MATLAB/Simulink对常规AFD检测法与改进型AFD孤岛检测法进行了仿真，证明了改进型AFD检测法的有效性。 完成了基于TMS320F2812 DSP的功率为3kW的小风电逆变电源的硬件设计与软件设计。 【关键词】：逆变器 并网模式 独立模式 无缝切换 孤岛检测
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.1.1 新能源分布式发电系统的应用10-11
• 1.1.2 孤岛效应11-12
• 1.2 独立/并网双模式逆变器的研究现状分析12
• 1.3 分布式发电系统的并网标准与要求12-14
• 1.4 论文的主要研究内容14-15
• 第二章 双模式逆变器系统电路结构分析及总体设计15-22
• 2.1 双模式逆变器的基本原理15-18
• 2.1.1 主电路拓扑结构比较分析15-16
• 2.1.2 主电路逆变环节工作时序分析16-18
• 2.2 双模式逆变器总体设计18-19
• 2.3 滤波器的选择与设计19-22
• 2.3.1 滤波方式的选择19-20
• 2.3.2 滤波器参数设计20-22
• 第三章 双模式逆变器关键技术研究分析22-36
• 3.1 逆变器控制技术概述22-24
• 3.2 逆变器前级DC/DC控制策略研究24
• 3.3 并网模式下逆变器控制策略研究24-27
• 3.4 独立模式下逆变器控制策略研究27-29
• 3.5 独立、并网双模式切换算法研究29-31
• 3.5.1 切换顺序分析29-30
• 3.5.2 减少并网冲击的措施30
• 3.5.3 双模式切换算法30-31
• 3.6 孤岛效应检测算法研究31-35
• 3.6.1 孤岛效应的产生31-32
• 3.6.2 孤岛效应产生的危害32
• 3.6.3 孤岛检测算法32-33
• 3.6.4 改进型AFD孤岛检测法33-35
• 3.7 本章小结35-36
• 第四章 双模式逆变器系统控制算法的仿真研究与分析36-45
• 4.1 逆变器前级DC/DC变换的仿真分析36-37
• 4.2 逆变器并网运行的仿真分析37-39
• 4.3 逆变器独立运行的仿真分析39-40
• 4.4 逆变器双模式切换的仿真分析40-42
• 4.5 孤岛检测的仿真分析42-44
• 4.6 本章小结44-45
• 第五章 双模式逆变器主电路元器件选型及系统设计45-63
• 5.1 双模式逆变器的设计指标45-46
• 5.1.1 双模式逆变器的功能实现45
• 5.1.2 双模式逆变器的设计参数45
• 5.1.3 系统整体设计45-46
• 5.2 双模式逆变器主电路设计46-50
• 5.2.1 高频变压器的设计46
• 5.2.2 主电路功率器件的选择46-48
• 5.2.3 主电路功率器件外部电路设计48-49
• 5.2.4 基于IPM逆变器主电路设计49-50
• 5.3 双模式逆变器控制电路硬件设计50-55
• 5.3.1 主控芯片TMS320F2812 简介50-51
• 5.3.2 控制系统外围采样电路设计51-53
• 5.3.3 系统辅助电源设计53-54
• 5.3.4 CAN通信电路设计54-55
• 5.3.5 保护电路设计55
• 5.4 双模式逆变器系统软件设计55-62
• 5.4.1 系统的主程序设计55-56
• 5.4.2 周期中断子程序设计56-57
• 5.4.3 捕获中断子程序设计57-59
• 5.4.4 SPWM算法程序设计59-61
• 5.4.5 不同模式下逆变器控制策略的程序设计61-62
• 5.5 本章小结62-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 总结63
• 6.2 展望63-65
• 参考文献65-68
• 发表论文和科研情况说明68-69
• 致谢69-70

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