适用于风能太阳能互补的正弦波逆变电源研制

【摘要】： 风能和太阳能是大自然的可再生绿色能源,二者在时间上和地域上有很强的互补性,风光互补型正弦波逆变电源的研制将这两种可再生绿色能源发电合理配置提供持续稳定的正弦波交流电,可以为我国偏远地区因地制宜地发展低成本高效率小型正弦波逆变电源,满足广大农、牧、渔民不断提高的用电需求,实现不间断供电并帮助他们提高生活水平和质量。 本文介绍了适用于风能太阳能互补的单相正弦波逆变电源的硬件结构、工作原理以及充放电控制的设计方法。首先,分析了逆变主电路的三种常用的拓扑结构并结合各自的优缺点确定了主回路的全桥逆变拓扑结构。其次,根据正弦波脉宽调制(SPWM)原理设计了SPWM信号生成电路和功率MOSFET隔离驱动电路,以及高频开关辅助电源;通过仿真分析,设计了无源阻容吸收网络,提高了逆变器运行效率,降低了开关损耗。再次,设计了比较完备的保护电路。最后结合风光互补电源的特性,提出了基于PIC单片机控制的双标三阶段智能充电方法,实现了充电、泄荷的自动切换,有效的延长对蓄电池的使用寿命,真正实现了风光互补电源系统的无人值守。 通过合理计算选择参数并结合仿真分析,研制了一台500W,220V/50Hz的正弦波逆变电源样机,进行了模拟实验,空载时和满载时输出电压波形基本一致,总谐波畸变度(THD)很小,实验结果验证了设计方案的可行性和实用性。 【关键词】：全桥逆变 风光互补 总谐波畸变度 智能充电 正弦脉宽调制
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-14
• §1-1 可再生能源综述9-11
• 1-1-1 可再生能源简介9
• 1-1-2 太阳能的利用9-10
• 1-1-3 风能的利用10-11
• §1-2 风光互补型电源系统11-13
• 1-2-1 太阳能和风能在资源上的互补性11-12
• 1-2-2 太阳能和风能在技术上的互补性12-13
• §1-3 本课题的选题意义和主要研究内容13-14
• 1-3-1 选题背景及意义13
• 1-3-2 研究内容和方法13-14
• 第二章 风光互补型独立电源系统的构成14-18
• §2-1 风光互补型独立电源系统的总体结构14-15
• 2-1-1 概述14
• 2-1-2 系统总体结构的选择依据14-15
• §2-2 风电系统和光电系统15-16
• 2-2-1 风力发电系统15
• 2-2-2 光电系统15-16
• 2-2-3 风光互补匹配16
• §2-3 逆变、控制和充放电系统16-18
• 2-3-1 逆变系统16
• 2-3-2 储能器件16-17
• 2-3-3 泄荷器17
• 2-3-4 充放电控制器17-18
• 第三章 单相逆变电路的结构和 SPWM 控制原理18-29
• §3-1 逆变技术的现状与发展18-19
• 3-1-1 逆变技术的分类18
• 3-1-2 低频环节逆变技术18
• 3-1-3 高频环节逆变技术18-19
• §3-2 单相逆变电路的结构和工作原理19-21
• 3-2-1 推挽逆变电路19-20
• 3-2-2 半桥逆变电路20-21
• 3-2-3 全桥逆变电路21
• §3-3 SPWM 控制原理与谐波分析21-29
• 3-3-1 正弦脉宽调制（SPWM）原理及其优点21-25
• 3-3-2 正弦脉宽调制（SPWM）的优点25-26
• 3-3-3 正弦脉宽调制（SPWM）的控制方式26
• 3-3-4 正弦脉宽调制（SPWM）的谐波分析26-29
• 第四章 风光互补正弦波逆变器的主回路设计29-40
• §4-1 电路拓扑及工作原理29-32
• 4-1-1 本设计主回路的拓扑结构29-30
• 4-1-2 主回路的工作原理30-32
• §4-2 功率开关管的选择32-37
• 4-2-1 电力电子开关器件的发展与应用32-34
• 4-2-2 主回路开关器件的选择原则34
• 4-2-3 本电路主开关管的选择34-37
• §4-3 吸收电路的设计37-38
• §4-4 工频变压器的设计和平波电容器的选择38-40
• 4-4-1 工频变压器的设计38
• 4-4-2 直流侧平波电容器的选择38-40
• 第五章 风光互补正弦波逆变器的控制回路设计40-54
• §5-1 三角波和基准正弦波的生成40-46
• 5-1-1 三角波信号的发生电路40-41
• 5-1-2 基准正弦波发生器电路的设计41-44
• 5-1-3 电压误差放大电路44-45
• 5-1-4 正弦波脉宽调制（SPWM）信号的生成45-46
• §5-2 驱动电路的设计46-48
• 5-2-1 功率MOSFET 的驱动电路简介46-47
• 5-2-2 主回路功率开关管驱动电路的设计47-48
• §5-3 辅助电源的设计48-51
• 5-3-1 峰值电流控制方式48
• 5-3-2 电路结构和工作原理48-49
• 5-3-3 反激式高频变压器的设计49-50
• 5-3-4 输出滤波部分设计50-51
• §5-4 各种保护电路的设计51-54
• 5-4-1 过载保护51
• 5-4-2 过压保护和欠压保护51-52
• 5-4-3 过热保护52-54
• 第六章 风光互补智能充电控制的设计54-59
• §6-1 风光互补智能充电控制的原理54-56
• 6-1-1 风光互补智能充电控制的依据54
• 6-1-2 充电过程简介54-55
• 6-1-3 充电控制原理55-56
• §6-2 风光互补智能充电控制的软件实现56-59
• 6-2-1 单片机的选型56
• 6-2-2 PIC16C711 的外围电路结构和工作原理56-57
• 6-2-3 充电控制流程57-59
• 第七章 实验结果与总结59-62
• §7-1 实验结果59-60
• 7-1-1 空载实验结果59
• 7-1-2 带阻性负载实验结果59-60
• §7-2 总结与展望60-62
• 参考文献62-64
• 附录 A64-65
• 附录 B65-66
• 附录 C66-67
• 致谢67-68
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果68

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