【正文】 值需要較高的成本和較大的體積；而 LC 濾波器器濾波性能受輸出端負載的影響比較大。 由風力機直接驅(qū)動低速交流發(fā)電機，通過工作速度快，驅(qū)動功率小，導通壓降低的 IGBT 逆變器并網(wǎng)。同理，在隨后的五個區(qū)間中，負載兩端的電壓依次為 （ VD1 和 VD2 導通）、 （ VD3 和 VD2 導通）、 （ VD3 和VD4 導通）、 （ VD5 和 VD4 導通）、 （ VD5 和 VD6 導通）。按照功率電路的拓撲結(jié)構(gòu)可分為推挽式逆變、半橋式逆變、全橋式逆變；根據(jù)其主電路儲能元件的不同，一般可以分為電壓型和電流型兩大類；按 照交流用電負載與輸入直流電源的電氣隔離元件的工作頻率，逆變技術(shù)可分為低頻環(huán)節(jié)和高頻環(huán)節(jié)兩大類。 并網(wǎng)逆變裝置的工作原理是通過控制功率開關(guān) 管的占空比，將直流電經(jīng)過單相全橋逆變器后，經(jīng)濾波電感輸出與電網(wǎng)電壓同頻同相的交流電輸出到公共電網(wǎng)。但是該電路結(jié)構(gòu)的缺點是：結(jié)構(gòu)復雜且輸出效率不高。電路存在瞬間開關(guān)管都不導通的時刻，此時需要由二極管 D1～ D4 進行續(xù)流。 在進行理論分析的過程中，假定電容保持輸出電壓 不變，實際上電容值不可能為無窮大，在此期間電容向負載供電時，輸出電壓必然會有所降低，但電容值足夠大時誤差很小可以忽略。其原理圖如 所示： 24 圖 三相不可控整流電路 如上圖所示為三相橋式不可控整流電路。通過交 直 交轉(zhuǎn)換方式后，使隨著風速變化的交流電變?yōu)闈M足并網(wǎng)要求的交流電， 采用準同期的并網(wǎng)方式將風力發(fā)電機并入電網(wǎng)。 LC 濾波器為二階濾波器，濾波效果較好， LC 濾波器多用于獨立運行的逆變器。這里取 Δ t為 50ms，輸出電壓紋波取為直流輸出電壓的 10%，則電容值為 : C=3125 () 實際電路中，電容 C 一般要取有裕量，所以選取電容的容量為 3125uF。風力發(fā)電機發(fā)出的三相交流電經(jīng)過不可控整流后，變成直流電壓。目前，直驅(qū)式并網(wǎng)型風力發(fā)電系統(tǒng)有多種變流方式，其中包括不可控整流器后接晶閘管和無功補償型拓撲結(jié)構(gòu)、不可控整流器后接直流側(cè)電壓變化的 PWM 電壓源型逆變器型拓撲結(jié)構(gòu)、不可控整流器后接直流側(cè)電壓穩(wěn)定的 PWM 電壓源型逆變器型拓撲結(jié)構(gòu)、 PWM 整流器后接電壓源型 PWM 逆變器型拓撲結(jié)構(gòu) 、不可控整流器后接電流源型逆變器拓撲結(jié)構(gòu)、二極管箱位型拓撲結(jié)構(gòu)、級聯(lián) H 橋型拓撲結(jié)構(gòu)、飛跨電容型拓撲結(jié)構(gòu) 而就目前實際工程應用而言，應用比較多的是不可控整流器后接直流側(cè)電壓變化的 PWM 電壓源型逆變器和不可控整流器后接直流側(cè)電壓穩(wěn)定的 PWM 電壓源型逆變器兩種，其他的拓撲結(jié)構(gòu)都較為復雜，不易實現(xiàn)，有些結(jié)構(gòu)還在研究開發(fā)中，下面主要介紹這兩種拓撲結(jié)構(gòu)： 不可控整流器后接直流側(cè)電壓變化的 PWM 電壓源型逆變器型拓撲結(jié)構(gòu) 如圖 ，這種拓撲結(jié)構(gòu)的特點是 :直接將從同步發(fā)電機輸出的頻率和幅值都變化的交流電通過不可控整流器 變?yōu)橹绷麟?，通過 PWM 電壓源型逆變器并入電網(wǎng) 與晶閘管逆變器相比， PWM 電壓源型逆變器開關(guān)頻率比較高，減少了對電網(wǎng)的諧波污染，而且可以通過控制逆變器輸出電壓幅值和相位來靈活地調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出的有功功率和無功功率，并且還可以通過調(diào)節(jié)直驅(qū)型發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，使其系統(tǒng)工作在最佳葉尖速比狀態(tài)，捕獲最大風能 ,提高能源利用效率。所以，這兩種逆變電路調(diào)節(jié)的電流前者是交流，而后者是直流；前者是利用電感平衡，而后者是利用電感阻抗平衡。在本文的研究中，逆變器的電路都是利用全控型器件組成，這是因為全控型器件有功率密度高，性能好，小型輕量等優(yōu)點，在不同容量范圍內(nèi)有逐步代替 SCR的趨勢。通過調(diào)節(jié)機組電壓的幅值、頻率、相位、相序與電網(wǎng)保持一致來實現(xiàn)風力機組的并網(wǎng)。 交－直－交風力發(fā)電系統(tǒng) 原理：發(fā)電機發(fā)出的頻率變化的交流電必須先通過整流器轉(zhuǎn)變成直流電，然后再通過逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娸斎腚娋W(wǎng)而其頻率是恒定的。 恒速 /恒頻風力發(fā)電系統(tǒng) 10 普通的同步發(fā)電機和鼠籠型感應發(fā)電機在恒速 /恒頻發(fā)電系統(tǒng)中較常采用，電機極對數(shù)和頻率所決定的同步轉(zhuǎn)速常運行于前者，后者則以稍高于同步速的轉(zhuǎn)速運行。 采用 PIC16F886 為核心控制芯片進行單相并網(wǎng)風力發(fā)電系統(tǒng)硬件和軟件設(shè) 8 計。而且現(xiàn)階段國家禁止個人用戶發(fā)電上網(wǎng)售電。 國內(nèi)中小型風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀 從上世紀八十年代開始，在政府的支持下，中國的中小型風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)，尤其是大力扶植其發(fā)展農(nóng)業(yè)部，取得了引人矚目的發(fā)展。由于當前太陽能發(fā)電的成本要比風力發(fā)電機的成本高，所以現(xiàn)在的人們普遍采用的發(fā)電設(shè)備主要小型風力發(fā)電機。則繼續(xù)降低風力發(fā)電的成本使人們能夠普遍接受風力發(fā)電的辦法之。離網(wǎng)型小型風力發(fā)電系統(tǒng)，能較好地解決這些地區(qū)無電、缺電困難的問題。中國 20xx 年新增風電裝機容量全球第一，達 1375 萬千瓦，占全球新增總量的三分之一多。 在許多的綠色能源中，風能成為各國競相開發(fā)利用的對象由于其自身的有利優(yōu)勢。 本文首先討論了幾種風力機并網(wǎng)逆變器常用的拓撲結(jié)構(gòu)，經(jīng)過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撲結(jié)構(gòu)。 技術(shù)工程學院 COLLEGE OF TECHNOLOGY ENGINEERING,LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 畢業(yè)設(shè)計 題目 小型風力機并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的設(shè)計 學生姓名 柴宗蓮 學 號 11230801 專業(yè)班級 電氣七班 指導教師 郭群 學 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)電將成為未來電力系統(tǒng)的發(fā)展方向。首先風力發(fā)電機發(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 BOOST 升壓環(huán)節(jié)使不可控整流后直流電壓升高，最后通過逆變并網(wǎng)控制環(huán)節(jié)得到可實時跟蹤電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定交流電。作為一種取之不盡、用之不竭的可再生能源 — 風能，其在地球上的蘊藏量相當可觀，十分豐富。 20xx 年預計新增裝機容量達到 1100 萬千瓦。另一種是將風力發(fā)電機組發(fā)出的電能通過并網(wǎng)逆變器接入低壓市電網(wǎng)，可抵消用戶電網(wǎng)用電量，即小型并網(wǎng)風力發(fā)電系統(tǒng)，它不需要蓄電池儲能環(huán)節(jié)而且能將電能回饋到電網(wǎng)，不存在風能資源的浪費和對環(huán)境的污染問題，而且能夠?qū)τ脩舢a(chǎn)生直接 的經(jīng)濟利益。要想普及風力發(fā)電，就必須加強風力發(fā)電的研發(fā)工作，使風力發(fā)電的成本降低，穩(wěn)定性提高。因此，風力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)被廣泛推廣應用。在八十年代初期，由統(tǒng)計了解，國內(nèi)出現(xiàn)了將近百家中小型風電制造企業(yè)，根據(jù) 20xx 年末的統(tǒng)計資料可知，全國還出現(xiàn)了 40 家小風電生產(chǎn)企業(yè)。目前“并網(wǎng)不上網(wǎng)”的形式在小型風電并網(wǎng)逆變器用戶中采用較多，也就是只向本用戶的各種負載提供電能的風力發(fā)電，而對于其它多余的并入電網(wǎng)的電能則不予計量和經(jīng)濟補償。 本章小結(jié) 本論文第一章為緒論，該部分主要對本課題的研究背景及意義進行了深入研究，并對小型風力發(fā)電系統(tǒng)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展前景做了重點介紹。在正常運行時這種風電機組的發(fā)電機處于超同步狀態(tài)，轉(zhuǎn)差率 s 為負，電機工作于發(fā)電機狀態(tài)，其轉(zhuǎn)差率的可變范圍相當小 (s5%)，所以發(fā)電機轉(zhuǎn)速基本不變而當風速變化時，這就是其稱之為恒速 /恒頻風力發(fā)電機組的原因。在交 －直－交變換的風力發(fā)電 11 系統(tǒng)中，三種類型的發(fā)電機可以采用： 1）繞線轉(zhuǎn)子同步發(fā)電機， 2）籠型感應發(fā)電機，3）永磁同步發(fā)電機。 在該風力發(fā)電系統(tǒng)中，采用風力機直接驅(qū)動永磁同步交流電機產(chǎn)生電能。根據(jù)直流側(cè)濾波形式，逆變電路可以分為電壓型和電流型 。 從實現(xiàn)方式來看，電壓型逆變器為了得到諧波含量少的輸出電流，一般采用高頻PWM 調(diào)制，從而帶來了復雜的電路控制和較高的開關(guān)損耗。 圖 不可控整流器 +直流側(cè)電壓變化的 PWM 電壓源型逆變器拓撲結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)的不足之處在于：由于輸入逆變器的電壓是不可控整流器變流后輸出的電壓，而發(fā)電機在不同轉(zhuǎn)速下輸出電壓值是不相同的，我們都知道 ，自然界的風速是 17 不斷變化的，而它帶動的發(fā)電機轉(zhuǎn)速也會不斷發(fā)生變化，這樣就會使整流器輸出的電壓在不斷變化，導致逆變器輸入側(cè)的直流電壓處于不斷變化狀態(tài)下 ,即使如此， PWM逆變器還是可以通過改變調(diào)制比來實現(xiàn)穩(wěn)定的并網(wǎng)電壓頻率、幅值 ,但是當風速太低時，逆變器輸入電壓就會變得很低，為了達到并網(wǎng)要求的電壓參數(shù)，逆變器必須不斷地改變調(diào)制深度來滿足輸出參數(shù)的要求，但是調(diào)制比的改變是有限的，而這會導致逆變器逆變輸出效率降低 !開關(guān)器件的峰值電流提高。此直流電壓較低，且電壓大小是隨著風速不斷變化的，不滿足并網(wǎng)直流母線電壓要求，所以我們采用Boost 電路進行升壓，把直流電壓穩(wěn)定到一定值。直流側(cè)電壓為 350V，選擇電容的耐壓值為 450V。如果該濾波器用于并網(wǎng) 逆變器中，電容濾波后的電流為并網(wǎng)電流。 同步發(fā)電機常用的并網(wǎng)方式有： 準同期并網(wǎng)方式 準同期就是準確周期。三相交流電壓 、 依次相差 ；六個線電壓 、 依次相差 。由于需要將變化的直流電升壓滿足系統(tǒng)要求，因此，本系統(tǒng)DC/DC 變換電路硬件拓撲結(jié)構(gòu)采用 Boost 型電路結(jié)構(gòu)。 逆變后的輸出電壓要經(jīng)過濾波器濾波，濾除高頻分量，形成標準的正弦波電壓。因此，在實際中較少應用。 為了保證正常的并網(wǎng)逆變，阻止電網(wǎng)電壓逆向整流運行，直流側(cè)的輸入電壓一定要高于電網(wǎng)電壓的峰值。逆變技術(shù)的種類繁多，大致可按照交流輸出能量的去向、功率流動的方向、功率變換的多少、輸入直流電源的性質(zhì)、輸出與輸入的電氣隔離、功率電路的拓撲結(jié)構(gòu)、組成功率電路的器件、占空比的控制方式、控制技術(shù)、輸出交流電壓的電平、輸出交流電壓的波形、輸出交流電的相數(shù)、輸出交流電的頻率以及功率開關(guān)的工作方式等方面進行分類。在最初的期間， 最正而 最負，所以在共陰極組中 VD1 導通，而在共陽極組中 VD6 導通，此時電流從 a 電經(jīng)過 VD負載、 VD6 到 b 點，負載兩端的電壓是 ，即 VD1和 VD6 導通后把最大的線電壓 加到了負載上。 自同期并網(wǎng)方式 自同期并列操作是將一臺未加勵磁電流的發(fā)電機組升速到接近與電網(wǎng)頻率，滑差角頻率不超過允許值且機組的加速度小于某一給定值的條件下，首先合上斷路器開關(guān)接著合上勵磁開關(guān)，給轉(zhuǎn)子上加勵磁電流，在發(fā)電機電動勢逐漸增長的過程中由系統(tǒng) 23 將發(fā)電機拉入同步運行。 LCL 濾波器濾波效果較好。風機輸入電壓最低時，其電流最大，此時流經(jīng)二極管電流為 =，考慮 2 倍安全裕量，選取二極管 D為高壓快速恢復二極管，型號為 BYW911000。這種電路拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于能夠解決風力發(fā)電機在低風速時的并網(wǎng)問題。 不可控整流器后接直流側(cè)電壓穩(wěn)定的 PWM 電壓源型逆變器型拓撲結(jié)構(gòu) 如果將上一個拓撲結(jié)構(gòu)中加入一個 DCDC Boost(升壓 )環(huán)節(jié) ,就會得到如下圖所示的直流側(cè)電壓穩(wěn)定的 PWM 電壓源型逆變器型拓撲結(jié)構(gòu)，增加了這個環(huán)節(jié)后，就可以解決上一個拓撲介紹中提到的當 PWM 逆變器輸入電壓很低時逆變器運行特性差的缺點， Boost 斬波電路可以將逆變器輸入的直流側(cè)母線電壓提高并穩(wěn)定在合適范圍內(nèi)，使逆變器調(diào)制深度的范圍增大、并能 提高逆變器運行效率、減小功率開關(guān)管的損耗。電流型的相移有源逆變器可以由大容量、低成本的 SCR 器件組成，采用相移控制后，系統(tǒng)可靠性高，容易實現(xiàn)，故經(jīng)常在大功率場合使用。直流側(cè)電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。該系統(tǒng)中的低速交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)子極數(shù)遠多于普通交流同步發(fā)電機的極數(shù)，因此這種電機的轉(zhuǎn)子外圓及定子內(nèi)徑尺寸大大增加，而其軸向長度則相對很短，呈圓盤形狀，為了簡化系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，減小發(fā)電機的體積和質(zhì)量，采用永磁電機是具有較大的優(yōu)勢。這種類型中最有優(yōu)勢的一種則是永磁同步發(fā)電機系統(tǒng)，其可以做到風力機與發(fā)電機的直接耦合，從而省去變速箱，由此可以使其可靠性提高，系統(tǒng)噪聲減小，維護成本降低。其定槳距失速調(diào)節(jié)的風力機具有的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，整機造價比較 低，較好的安全系數(shù)及較高的可靠性，成為在市場上占有較大的份額的風力機。最后介紹了本課題研究的主要內(nèi)容及其技術(shù)指標。在國內(nèi)法規(guī)完善政策并放寬后，尤其是 20xx 年 1 月 1 日實施了 可再生能法 及相關(guān)后續(xù)出臺的法規(guī)，對我國風力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了極大 的促進作用，推動了風電領(lǐng)域的研究及發(fā)展。隨著國家政策的支持，技術(shù)的不斷進步，小型并網(wǎng)風力發(fā)電將快速地發(fā)展，其產(chǎn)業(yè)將迎來一個嶄新的發(fā)展階段。當風速低于 5 ，風力發(fā)電機輸出幾乎為零，所以所有的電力全部由電網(wǎng)供電。自從 80 年末引進并發(fā)展大型風力發(fā)電機以來，經(jīng)過十多年的不斷了解、引進、吸收，積累了一定的經(jīng)驗。這種小型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在歐美等國家應用較為廣泛。 在許多綠色能源中，風能作為世界上利用最多的能源之一，有其獨特的優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在以下方面： 風能作為一種清潔的自然能源，不存在燃煤、燃油等的燃燒物造成環(huán)境污染的問題，不會引起溫室效應，不存在威脅 人類的核電放射性廢料。為實現(xiàn)該戰(zhàn)略目標，切實解決能源短缺問題，我們只有依靠科技手段，加快對風能、太陽能等可再生清潔