【正文】 系統(tǒng)技術(shù)主要包括中心控制技術(shù)、偏航控制技術(shù)、軟并網(wǎng)技 術(shù)和無功補(bǔ)償技術(shù)等，這就要求系統(tǒng)具有很高的可靠性能。因此，能源問題己成為 當(dāng)今人類生存和發(fā)展所要解決的緊迫問題，所以可再生能源成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)，風(fēng)能正是這樣一種無污染的可再生能源，其在地球上的資源量是相當(dāng)豐富的，可開發(fā)利用量也很可觀，因此對它的開發(fā)利用己受到世界各國的高度重視。 1 本科畢業(yè)論文 風(fēng)力發(fā)電 逆變裝置的設(shè)計 學(xué) 生： 學(xué) 號： 院 （系）： 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 指導(dǎo)教師： 2 1 緒論 風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)和 發(fā)展 概況 風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn) 隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，世界各國對能源的需求越來越大。常規(guī)能源以煤、石油、天然氣為主，不僅資源有限，而且造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。但是同時風(fēng)能作為一種自然資源，風(fēng)速、風(fēng)向都是不穩(wěn)定的，風(fēng)能蘊(yùn)含量豐富地區(qū)多較為偏僻，這就要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)組適應(yīng)高溫高寒高濕鹽霧大風(fēng)沙等惡劣環(huán)境，并且機(jī)組多無人值守，這些因素對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電氣控制系統(tǒng)的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性都提出了十分嚴(yán)格的要求。可以說風(fēng)力發(fā)電是機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存的能源技術(shù)。另外，丹麥的風(fēng)能發(fā)電已經(jīng)可以滿足 18%的用電需求，法國也在制定風(fēng)能發(fā)電的長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃。其中印度政府積極推動風(fēng)能發(fā)展，積極鼓勵大型企業(yè)進(jìn)行投資發(fā)展風(fēng)電， 并 保持實施優(yōu)惠政策激勵風(fēng)能制造基地，目前印度已經(jīng)成為世界第 5 大風(fēng)電生產(chǎn)國。 （ 2）國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀： 我國是世界上風(fēng)力資源較為豐富的國家之一，全國可開發(fā)利用的風(fēng)能約 億千瓦。我國從 70 年代開始進(jìn)行并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電的嘗試。 1997 年在國家有關(guān)優(yōu)惠政策和國家計委 “ 成風(fēng)計劃 ” 的推動下，年總裝機(jī)容量躍至 萬千瓦。 隨著風(fēng)電技術(shù)的日趨完善，已經(jīng)形成一種富有活力的新興產(chǎn)業(yè)，并向產(chǎn)業(yè)化、設(shè)備大型化 、設(shè)備實用化、取能高度化、成本低廉化和開發(fā)多元化等方向發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電的原理比較簡單，類似于水利發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電就是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。風(fēng)機(jī)發(fā)出的電因為質(zhì)量不高難以直接應(yīng)用，所以要實現(xiàn)利用就必須要將發(fā)出的電能進(jìn)行變換，滿足并網(wǎng)要求，這樣就需要我們設(shè)計一個可靠的整流 逆變系統(tǒng)和控制系統(tǒng)來對其進(jìn)行變換和控制，使其滿足條件。 油 泵馬 達(dá)變 速 機(jī) 構(gòu) 控 制 系 統(tǒng) 油 泵 油 泵 油 泵發(fā) 電 機(jī) 組變 漿 機(jī) 構(gòu)風(fēng) 速測 量變 壓 器電 網(wǎng)勵 磁 機(jī) 組圖 11 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)原理圖 逆變電源的現(xiàn)狀 現(xiàn)代逆變技術(shù)的分類 逆變電源是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分，逆變電源的性質(zhì)決定了光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出電能的質(zhì)量。 現(xiàn)代的逆變技術(shù)種類很多，可以按照不同的形式進(jìn)行分類，主要有如下幾種 : （ 1）按照逆變器輸出交 流的頻率，可以分為工頻逆變、中頻逆變和高頻逆變。這種逆變器結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，但這種逆變器體積大，笨重、噪聲大，效率方面也有待提高。高頻變換是采用高頻變換技術(shù)，它的優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、噪音小、效率高。 （ 2）按逆變器輸出的相數(shù)，可分為單相逆變、三相逆變和多相逆變。 （ 4）按照逆變器主開關(guān)器件的類型，可分為晶閘管逆變器、晶體管逆變器、場效應(yīng)管逆變器、 IGBT 逆變器等。 （ 6）按控制方式，可分為移項控制方式和 PWM 控制方式。利用單極性移相控制技術(shù)，控制高頻脈沖環(huán)節(jié)逆變 器， 根據(jù)軟開關(guān)的工作原理，控制各管的導(dǎo)通時刻與導(dǎo)通時間，使之工作在零電壓開關(guān)與關(guān)斷模式，可以大大降低器件的開關(guān)損耗以及電磁干擾噪聲。可以根據(jù)具體的實現(xiàn)要求，產(chǎn)生相應(yīng)的控制波形。近年來，結(jié)合 DSP或單片機(jī)技術(shù)，通過編程算法可以滿足各種控制策略的要求，大大提高了 PWM 控制在逆變電源控制方面的應(yīng)用效率 [3,4]。所以光伏逆變器的控制技術(shù)也得到了不斷的發(fā)展。隨著單片機(jī)等數(shù)字器件的發(fā)展，逆變器的開環(huán)控制逐漸采用了數(shù)字方法，從而出現(xiàn)了幾種新型的 SPWM 調(diào)制技術(shù)，如載波調(diào)制 PWM、諧波注入 PWM 以及最優(yōu) PWM 等。 。 PI 控制以形式簡單、參數(shù)易于設(shè)計、理論成熟為特點(diǎn)，成為當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的控制方法。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，控制器的比例 P必須加以限制，控制系統(tǒng)的動態(tài)性能一般，系統(tǒng)對于非線性負(fù)載擾動的 抑制效果不好。具體實現(xiàn)方式包括電壓瞬時值反饋控制和電壓電流雙閉環(huán)反饋控制。它的優(yōu)點(diǎn)是只使用了一個電壓傳感器，缺點(diǎn)是系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)特性不好，同時為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，電壓瞬時值環(huán)不能做的太快，從而導(dǎo)致了跟蹤特性不是很好，波形質(zhì)量欠佳。將電壓環(huán)與電流環(huán)配合使用達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓和補(bǔ)償電流特性的目的。雙閉環(huán)控制同時具備優(yōu)良的動、靜態(tài)特性，是一種理想的波形控制方案。為了更好的抑制負(fù)載的擾動，滯環(huán)的寬度越窄越好，但這會使開關(guān)頻率急劇升高。 課題的意義及內(nèi)容 隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，包括市電電源在內(nèi)的所有原始電能質(zhì)量可能滿足不了用戶的要求，而現(xiàn)代逆變技術(shù)作為電力電子技術(shù)中的一個重要組成部分，在提高電能質(zhì)量方面有著重要的作用。節(jié)省能源與開發(fā)新能源，提高燃料的利用率與減少燃料燃燒產(chǎn)生的污染已成為必須解決的重要課題。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)量不穩(wěn)定，必須經(jīng)過整流和逆變把它變成穩(wěn)定的工頻交流電才能大 量應(yīng)用。 另外，通過對此課題的研究設(shè)計，可以進(jìn)一步的加深對逆變器的認(rèn)識，將大學(xué)四年所學(xué)知識融匯，深化，接近工程實際，提高自己分析解決問題的能力，對于以后的走上工作崗位是一個很好的準(zhǔn)備。 2 風(fēng) 能電源逆變裝置方案選擇 總體方案 該設(shè)計主要包括兩大類電路，一是主電路 ，另一個是，檢測保護(hù)電路。其總體框圖如圖 21 所示： 圖 31 總體框圖 單元電路的簡單介紹 SPWM 波的產(chǎn)生：主要采用 EG8010。 3 PWM 波形工作原理 PWM 波形的基本原理 在采樣控制理論中有一個重要的結(jié)論 :沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性SPWM 波產(chǎn)生電路 驅(qū)動電路 逆變 電路 DC/DC 電路 變壓 電路 整流 檢測 電路 欠電壓保護(hù)電壓 故障報警電路 過電壓保護(hù)電壓 過電流保護(hù)電壓 7 的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。這里所說的效果基本相同，指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。例如圖 31 所示的三個窄脈沖形狀不同 ，圖 31a 為矩形脈沖，圖 31b為三角形脈沖，圖 31c 為正弦半波脈沖，但它們的面積 (即沖量 )都等于 1，那么，當(dāng)他們分別加在具有慣性的同一個環(huán)節(jié)上時，其輸出響應(yīng)基本相同。當(dāng)窄脈沖變?yōu)閳D 21d 的單位脈沖函數(shù)δ (t)時，環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數(shù)。下面分析如何用一系 列等幅而不等寬的脈沖代替一個正弦半波，把圖 32a 所示的正弦半波波形分成 N 等份，就可把正弦半波看成由 N個彼此相連的脈沖所組成的波形。如果把上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦等分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面積 (沖量 )相等，就得到圖 32b 所示的脈沖序列?？梢钥闯?，各脈沖的寬度是按正弦規(guī)律變化的。對于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到 PWM 波形。在 PWM 波形中，各脈沖的幅值是相等的，要改變等效輸出正弦波的幅值時，只要按照同一比例系數(shù)改變上述脈沖的寬度即可。通常采用等腰三角形作為載波，因為等腰三 角形上下寬度與高度成線性關(guān)系且左右對稱，當(dāng)它與任何一個平緩變化的調(diào)制信號波形相交時，如在交點(diǎn)時刻控制電路中開關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于信號波幅值的脈沖，這正好符合 PWM控制的要求。一般根據(jù)三角波載波在半個周期內(nèi)方向的變化，又可以分為兩種情況。 SPWM 波的生成與原理分析 自然采樣法生成 SPWM 波 自然法生成 SPWM 波又稱模擬電路法生成 SPWM 波，通常用模擬比較器比較生成 SPWM波，如果用信號正弦波作為比較器的同相端輸入信號，三角載波作為比較器的反相端輸入信號，便實現(xiàn)了自然法生成 SPWM 波，如圖 33 所示，比較器輸出經(jīng)死區(qū)形成電路即可生成帶死區(qū)的 SPWM 波。 圖 33自然采樣法生成 SPWM波 規(guī)則采樣法生成