【正文】 促使發(fā)電機發(fā)電。 1997 年在國家有關優(yōu)惠政策和國家計委 “ 成風計劃 ” 的推動下，年總裝機容量躍至 萬千瓦。 （ 2）國內發(fā)展現(xiàn)狀： 我國是世界上風力資源較為豐富的國家之一，全國可開發(fā)利用的風能約 億千瓦。另外，丹麥的風能發(fā)電已經可以滿足 18%的用電需求，法國也在制定風能發(fā)電的長遠發(fā)展規(guī)劃。但是同時風能作為一種自然資源，風速、風向都是不穩(wěn)定的，風能蘊含量豐富地區(qū)多較為偏僻，這就要求風力發(fā)電機組適應高溫高寒高濕鹽霧大風沙等惡劣環(huán)境，并且機組多無人值守，這些因素對風力發(fā)電機組電氣控制系統(tǒng)的可靠性和環(huán)境適應性都提出了十分嚴格的要求。 1 本科畢業(yè)論文 風力發(fā)電 逆變裝置的設計 學 生： 學 號： 院 （系）： 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 指導教師： 2 1 緒論 風力發(fā)電的特點和 發(fā)展 概況 風力發(fā)電的特點 隨著世界經濟的不斷發(fā)展，世界各國對能源的需求越來越大。單機電氣控制系統(tǒng)技術主要包括中心控制技術、偏航控制技術、軟并網技 術和無功補償技術等，這就要求系統(tǒng)具有很高的可靠性能。同時亞洲的風電也保持較快的發(fā)展勢頭。有沿海 (山東、浙江、福建、廣東 )和東北至西北 (包括內蒙古、新疆、甘肅 )兩大風帶，風的質量很好，為 開發(fā)風力發(fā)電提供了基礎環(huán)境和條件，因此我國也在大力提倡風力發(fā)電。總的來說我國風能并網發(fā) 3 電已經走過了 30 年歷程，但是跟國外相比，我國裝機容量仍然偏低，并且從設備制造水平來說還未走出 “ 試驗 ” 階段，但是同時也看出我國風電潛力巨大。依據(jù)目前的風車技術，大約是每秒三公尺的微風速度（微風的程度），便可以開始發(fā)電。隨著逆變電源的類型的增多和控制技術的不斷發(fā)展，使得光伏發(fā)電系 4 統(tǒng)可以應用到與國民生產和日常生活相關的各個領域。隨著對電源性能要求的日益提高，傳統(tǒng)的工頻變換逆變電源逐漸難以適應輕量化、高功率密度、高可靠性的要求。 （ 3）按逆變器的主電路形式，可分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式逆變。移項控制的原理是，全橋變換電路每一個橋臂的兩個開關互補導通，兩個橋臂的開關導通之間相差一個相位，通過調節(jié)此移相角的大小，來調節(jié)輸出電壓脈沖的寬度，達到調節(jié)輸出電壓的 目 的。對于諧波抑制、死區(qū)控制、調節(jié)輸出電壓等多種方面都十分有利。 (1)開環(huán)控制 開環(huán)控制是根據(jù)面積等效的原理，用正弦信號波和三角載波進行比較獲得 SPWM波，從而決定功率器件的開關時刻。 (2)模擬閉環(huán)控制 閉環(huán)控制的引入克服了開環(huán)控制的局限性，提高了系統(tǒng)的輸出電能質量。由控制理論可知，對于正弦指令信號， PI 控制不能實現(xiàn)無靜差跟隨，輸出電壓的穩(wěn)態(tài)精度必然受到影響，實際應用中往往增加電壓均值反饋外環(huán)，將PI 控制與閉環(huán)控制策略相結合，來保證穩(wěn)態(tài)精度。改善動態(tài)響應的方法之一就是采用電流反饋 控制策略。但它也存在不足，如果存在非線性負載擾動，為消除干擾，電流內環(huán)需要很快的速度，所以只能采用模擬電路實現(xiàn)，數(shù)字電路難以達到 :如果內部電流環(huán)采用滯環(huán)比較形式，由于滯環(huán)比較的非線性特性，對于系統(tǒng)的穩(wěn)定性有一定影響 。能源開發(fā)，資源利用與環(huán)境保護相互協(xié)調是 21 世紀世界經濟發(fā)展的基礎。此外，在直流電源領域， UPS，變頻器等中逆變器也都有著廣泛的應用前景。主電路主要包括： SPWM 波產生電路 ,驅動電路 , DC/DC 電路 ,逆變電路等；檢測保護電路主要包括：欠電壓保護電路、過電壓保護電路、過電流保護電路等。沖量即指窄脈沖的面積。脈沖越窄，其輸出的差異越小。這些脈沖寬度相等，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。根據(jù)沖量相等效果相同的原理， PWM波形和正弦半波 是等效的。 8 圖 32 用 PWM波代替正弦波 較為實用的方法是采用調制的方法，即把所希望的波形作為調制信號，把接受調制的信號作為載波，通過對載波的調制得到所期望的 PWM 波形。三角波載波在半個周期內的方向只在一個方向變化，所得到的 PWM 波形也只在一個方向變化的控制方式稱為單極性 PWM 控制方式，如果三角波載波在半個周期內的方向是在正負兩個方向變化的，所得到的 PWM波形也是在兩個方向變化的 ，這時稱為雙極性 PWM 控制方式。這種方法只在三角波的頂點或底點位置對正弦波 9 采樣而形成階梯波，其原理如圖 34所示 : 圖 34規(guī)則采樣法生成 SPWM波 PWM 型逆變電路的控制方式 （ 1）單極性 SPWM 控制與雙極性 SPWM 控制 a) 單極性 SPWM 控制 三角波載波在半個周期內的方向只在一個方向變化，所得到的 SPWM波形也只在一個方向變化的控制方式成為單極性 SPWM控制方式，如圖 35所示。從而在主電路的輸出端獲得SPWM 輸出電壓 ou 。當 ru＜ cu 時，控制 T2導通，輸出電壓 ou 為 du? ；在 ru ＞ cu 時，使 T2關斷，則負載電流通過D4續(xù)流，輸出電壓 ou 為 0V。圖中的虛線 1ou 表示 ou 中的基波分量。其中 ru 為正弦調制波， cu 為三角形載波。可見，在 ru 的一個周期內，輸出的 PWM 波只有 du? 兩種電平，而不再出現(xiàn)單極性控制時的零電平狀態(tài)。當對開關器件通 /斷控制的規(guī)律不同時，它們的輸出 PWM 波形也會出現(xiàn)較大的差別。在異步調制方式中，調制信號頻率 fr，變化時，通常保持載波頻率 fc。當調制信號頻率增高 12 時，載波比 N就減小，半周期內的脈沖數(shù)減少，輸出脈沖的不對稱性影響就變大，還會出現(xiàn)脈沖的跳動，同時輸出波形和正弦波之間的差異就變大，電路輸出特性變壞。調制信號半個周期內輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。 DC/DC 電路 由于驅動電路及逆變電路的電壓不同，因此需要 DC/DC電路以對電路起到保護作用。采用兩個 MOS 管 IRF460、兩個電解電容、兩個大電阻等元件組 13 成半橋式主電路，兩路控制信號分別接 G1和 G2端； b）優(yōu)點：降低設計成本，簡化電路； c）缺點：輸出電壓峰值較低，且輸出電流較小，同時，電容的加入，增加了系 統(tǒng)的無功功率，電阻也會消耗一部分功率。 方案選擇：經比較，應選擇方案二（全橋式逆變電路） 整流濾波電路 為了簡化電路結構，濾波電路采用簡單電路，通常采用的濾波電路設計有如下兩種設計方案： a）方案一： RC 濾波電路。 其中，整流電路采用半波整流。 b）懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達 500V。 f）開通、關斷延遲小，分別為 120ns 和 94ns。尤其是高端懸浮自舉電源的設計，可以大大減少驅動電源的數(shù)目，即一組電源即可實現(xiàn)對上下端的控制。其中“ 78”指輸出正電壓，“ 05”指 5伏。本設計采用電壓型。 圖 44 全橋式逆變電路 變壓電路的設計 概述 經過逆變后出來為低壓交流，需要將其進行變壓，使其輸出為交流 220V， 50HZ。變壓器 T 的工作頻率選為 50Hz 左右。 ，考慮到電容型號，在此選擇 1C mF? 錯誤 !未找到引用源。 20 同時啟動故障報警電路。 注意：為了防止燒壞 LM358，在其保護電路之前應設置用電位器分壓的措施。 圖 53 與非門組成的 SR觸發(fā)器 b) 工作原理與真值表 ① 當 R =0， S =1 時，因 R =0， G2門的輸出端 1?Q ， G1門的兩輸入為 1，因此 G1門的輸出端 Q=0。若輸入信號 S =0， R =0 之后出現(xiàn) S =1， R =1，則輸出狀態(tài)不確定。同時，也可用 1nQ? 表示輸入信號到來之后 Q的狀態(tài)，一般稱為次態(tài)。 （ 3）過電流 保護電路 a)當經霍爾元件、整流、濾波后輸出的電壓大于所設定的電壓（運算放大器的正輸入端），則運算放大器輸出低電平，使 SR 觸發(fā)器的置數(shù)端 S 有效，從而 SR 觸發(fā)器的 Q 輸出為低電平，從而使三極管基極為低電平，即三極管截止，從而三極管集電極輸出高電平，使芯片 IR2110 的引腳端 SD(關斷 )為高電平，從而達到保護的目的。