【正文】 技術(shù)工程學(xué)院 COLLEGE OF TECHNOLOGY ENGINEERING,LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目 小型風(fēng)力機(jī)并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 柴宗蓮 學(xué) 號(hào) 11230801 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電氣七班 指導(dǎo)教師 郭群 學(xué) 院 答辯日期 20xx 年 6 月 I 摘 要 由于傳統(tǒng)能源的枯竭和人們對(duì)環(huán)境的重視，電力系統(tǒng)正面臨著巨大變革，分布式發(fā)電將成為未來(lái)電力系統(tǒng)的發(fā)展方向。其中，風(fēng)力發(fā)電以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為是技術(shù)含量高、最有發(fā)展前途的技術(shù)之一。但是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)存在著初期投資大、成本較高等缺點(diǎn)，因而探索高性能、低造價(jià)的風(fēng)力發(fā)電裝置成為目前國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。其中逆變器已成為影響風(fēng)力機(jī)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行的主要因素，研究其結(jié)構(gòu)與控制方法對(duì)于提高系統(tǒng)發(fā)電效率、降低成本具有及其重要的意義。風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，其在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用中受到廣泛地關(guān)注，同時(shí)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù) 也成為了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外主要研究的熱點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵是并網(wǎng)逆變裝置的設(shè)計(jì)，其性能決定了風(fēng)能的利用效率和控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文以小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制方法、參數(shù)選取等方面進(jìn)行了深入的分析和研究。 所謂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是將風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生的可再生能源不經(jīng)過(guò)蓄電池儲(chǔ)能，直接將電能輸入電網(wǎng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲(chǔ)能和釋放的過(guò)程，從而可以充分利用可再生能源所發(fā)出的電力，減小能量損耗，降低系統(tǒng)成本。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是 21 世紀(jì)最具吸引力的能源利用技術(shù)，目前我國(guó)風(fēng) 力發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)的商品化程度比較低，與國(guó)外先進(jìn)水平的差距正在擴(kuò)大。因此我們必須發(fā)展自己的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。風(fēng)能作為可再生、清潔環(huán)保的綠色能源，對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用已經(jīng)越來(lái)越多的引起了人們的重視。目前，常用的風(fēng)能利用形式是大中型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行的方式。大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)定性的要求更高。因此，對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究和應(yīng)用越來(lái)越受到關(guān)注。小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)多采用直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī)，通過(guò)直驅(qū)運(yùn)行的方式可以在較大風(fēng)速范圍內(nèi)高效運(yùn)行，由于直驅(qū)式發(fā)電機(jī)省去了變速裝置，發(fā)電效率有了較大提高，而且降低了運(yùn)行維護(hù)的成本，該 方式代表了小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的新的發(fā)展方向。 本文首先討論了幾種風(fēng)力機(jī)并網(wǎng)逆變器常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)分析選用了三相橋式不可控整流 +BOOST 變換器升壓 +單相全橋逆變的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。首先風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的變壓變頻交流電經(jīng)三相不可控整流得到較低的直流電壓，再經(jīng)過(guò) BOOST 升壓環(huán)節(jié)使不可控整流后直流電壓升高，最后通過(guò)逆變并網(wǎng)控制環(huán)節(jié)得到可實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定交流電。同時(shí)詳細(xì)分析了 BOOST 升壓電路和單相全橋逆變電路工作原理。逆變部分的控制策略采用電流閉環(huán)控制，使輸出電流實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)電壓。使其能夠達(dá)到并網(wǎng)的效果。 其次，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，對(duì) 3kW 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)逆變器的主電路參數(shù)做了主要計(jì)算；并且設(shè)計(jì)了基于單片機(jī) PIC16F886 的控制電路，并給出了硬件電路圖及控制系統(tǒng)的軟件 II 流程圖。 關(guān)鍵字 ：風(fēng)力發(fā)電； BOOST 變換器；并網(wǎng)逆變器 III Abstract Wind energy as a clean source of renewable energy, which received extensive attention in the application of new energy and gridconnected wind power technology has also bee a major research focus. Wind power grid design gridconnected inverter is the key device, which determines the efficiency of wind energy and the stability control system. Gridconnected inverter based on small wind generators for the study of the control system, gridconnected inverter topology structure and control method of the control, parameters, and other aspects of the indepth analysis and research. This paper first discusses several wind turbines monly used in gridconnected inverter topology analysis using uncontrolled rectifying +BOOST booster + singlephase fullbridge inverter main circuit topology. First wind generator threephase variable voltage variable frequency AC issued by uncontrollable lower DC voltage rectifier, then BOOST links to uncontrollable rectified DC voltage increases, finally, gridconnected Inverter control links can get realtime tracking of power system voltage stability alternating current. And detailed analysis of the BOOST pressure circuit and singlephase fullbridge Inverter circuit works The control strategy for inverter closedloop current control, so the output voltage to capture current, To enable it to achieve the effect of incorporation. Secondly, according to the design requirements of 3kW wind gridconnected inverter main circuit parameters were calculated and PIC16F886 designs based on single chip microputer control circuits, control systems and the design of hardware circuit and software flow chart. Key words: wind power。 boost converter。 gridconnected inverters IV 目 錄 _Toc4223182611 緒論 ....................................................... 1 課題背景及意義 .................................................... 1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .......................................... 3 國(guó)外中小型風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 ............................ 4 國(guó)內(nèi)中小型風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀 ...................... 5 小 型并網(wǎng)逆變器的現(xiàn)狀及前景 ........................................ 6 本課題主要研究任務(wù)及內(nèi)容 .......................................... 7 課題主要研究任務(wù) ............................................ 7 課題主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 ............................................ 7 本章小結(jié) .......................................................... 8 2并網(wǎng)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)概述 .................................................. 9 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分類(lèi) .................................................. 9 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)方式 ............................................. 10 并網(wǎng)逆變器 ....................................................... 13 本章小結(jié) ......................................................... 15 3系統(tǒng)主電路方案的設(shè)計(jì) ................................................... 16 小型風(fēng)電系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ................................... 16 系統(tǒng)主電路的 整體設(shè)計(jì) ............................................. 18 系統(tǒng)主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ......................................... 18 主電路關(guān)鍵參數(shù)選擇 ......................................... 18 各部分功能介紹 ................................................... 22 永磁同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng) ......................................... 22 三相不可控整流電路 ......................................... 23 Boost 升 壓電路 ............................................. 24 逆變電路的設(shè)計(jì) ............................................. 25 并網(wǎng)逆變器的控制策略 ............................................ 28 并網(wǎng)控制方 式目的及分類(lèi) .................................... 28 V 并網(wǎng)電流的控制方法 ........................................ 28 并網(wǎng)逆變的電流閉環(huán)控制 .................................... 30 電流閉 環(huán)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 .................................... 30 本章小結(jié) ........................................................ 31 4基于 PIC 單片機(jī)的并網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì) ....................................... 32 硬件電路的設(shè)計(jì) ................................................... 32 單相并網(wǎng)變流器硬件電路概述 ................................. 32 PIC16F886 功能介紹 ......................................... 32 電源電路設(shè)計(jì) ............................................... 33 信號(hào)檢測(cè)單元設(shè)計(jì) ........................................... 34 功率驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) ........................................... 36 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ................................................... 38 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) ........................................... 39 系統(tǒng)主程序流程圖 ........................................