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小型风力发电系统逆变并网装置的研制

作　者: 林旭成
导　师: 杨苹
学　校: 华南理工大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 风力发电 逆变并网 重复控制 PI控制
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 251次
引　用: 1次
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内容摘要


随着社会的发展,环境污染和能源危机日益严重,可再生能源发电越来越受到各国的重视。风力发电以其技术成熟,成本低廉,具有大规模应用前景等优点,成为目前重要的研究方向。其中,小型风力并网发电系统由于占地面积小,不需储能设备,造价便宜,运行维护成本低,控制灵活方便,成为当前风力发电研究的热点。基于此,本论文针对小型风力并网发电系统的核心部分——逆变器进行了深入的分析研究,提出了一种简单,高效,低成本的小型风力逆变并网结构,并针对当前常用控制策略不能同时兼顾逆变并网系统的动态特性和稳态特性的缺点,设计了一种重复控制与PI控制复合控制的逆变控制策略,最后以DSP TMS320LF2407A为核心控制器对系统进行软硬件设计。主要技术内容如下:1、在分析多种逆变并网装置主电路拓扑结构的基础上,提出采用无变压器绝缘的两级拓扑结构实现小型风力发电系统的逆变并网装置主电路;并分析了这种拓扑结构的实现模式。2、研究了逆变并网装置的工作原理及常用的控制策略,并重点对重复控制和PI控制算法作了对比分析和仿真,在此基础上设计重复+PI复合控制策略,并进行了MATLAB/Simulink仿真验证。3、在上述分析与研究的基础上,设计了1KW小型风力发电系统逆变并网装置的硬件电路和软件系统,研制了一台实验样机,并进行了仿真实验和样机实验。论文在理论研究的基础上,基于传统的PI控制和重复控制对系统进行了算法改进。仿真和样机实验结果表明:与传统的PI控制算法相比,改进后的算法能使系统在动态性能不变的前提下,提高其稳态性能,减小了输出并网电流的谐波含量;与传统的重复控制算法相比,改进后的算法能使系统在稳态性能不变的基础上,减小了调节时间和超调量,改善系统的动态性能。因此改进后的算法能同时综合PI控制与重复控制的优点,改善系统的动态性能和稳态性能。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-15
  1.1 课题背景及意义  10-11
  1.2 小型风力发电系统的国内外的发展现状与趋势  11-14
    1.2.1 小型风力发电系统的国外发展现状  12
    1.2.2 小型风力发电系统的国内发展现状  12-13
    1.2.3 小型风力发电系统的发展趋势  13-14
  1.3 本课题的主要研究内容  14-15
第二章 小型风力发电并网系统基本原理  15-28
  2.1 小型风力发电并网系统整体结构  15-16
  2.2 小型风力发电并网系统的组成与功能  16-19
    2.2.1 风力机  16-17
    2.2.2 发电机  17-18
    2.2.3 整流器  18
    2.2.4 耗能负载  18
    2.2.5 最大功率跟踪电路  18-19
    2.2.6 逆变电路  19
  2.3 小型风力发电并网系统的关键技术  19-26
    2.3.1 小型风力发电并网系统的控制技术  19-22
    2.3.2 小型风力发电并网系统常用的逆变并网控制策略  22-26
  2.4 本章小结  26-28
第三章 小型风力发电系统逆变并网装置数学模型及分析  28-40
  3.1 小型风力发电系统逆变并网装置的拓扑结构  28-31
  3.2 小型风力发电系统逆变并网装置的调制技术  31-33
  3.3 小型风力发电系统逆变并网装置工作原理与工作过程  33-36
    3.3.1 小型风力发电系统逆变并网装置的工作原理  33
    3.3.2 小型风力发电系统逆变并网装置的工作过程  33-36
  3.4 小型风力发电系统逆变并网装置的建模与分析  36-38
    3.4.1 逆变器的建模与分析  36-37
    3.4.2 滤波器的建模与分析  37
    3.4.3 装置的整体模型与分析  37-38
  3.5 本章小结  38-40
第四章 小型风力发电系统逆变并网装置的控制方案设计  40-56
  4.1 小型风力发电系统逆变并网装置的控制目标  40
  4.2 小型风力发电系统逆变并网装置的控制思路  40-42
  4.3 小型风力发电系统逆变并网装置的控制策略  42-52
    4.3.1 电网电压前馈补偿控制  42-43
    4.3.2 PI 控制+重复控制复合控制  43-51
    4.3.3 预测控制  51-52
  4.4 小型风力发电系统逆变并网装置的Simulink 仿真  52-55
    4.4.1 Simulink 仿真平台介绍  52
    4.4.2 逆变装置的控制仿真  52-55
  4.5 本章小结  55-56
第五章 基于DSP 的逆变并网装置软硬件设计与实现  56-75
  5.1 小型风力发电系统逆变并网装置的总体设计思路  56-57
  5.2 小型风力发电系统逆变并网装置的主电路设计与选择  57-59
    5.2.1 直流侧电容的设计与选择  57-58
    5.2.2 开关管的设计与选择  58
    5.2.3 滤波电感的设计与选择  58-59
  5.3 小型风力发电系统逆变并网装置的控制电路设计  59-63
    5.3.1 驱动电路的设计  60-61
    5.3.2 电压检测电路的设计  61-62
    5.3.3 电流检测电路的设计  62
    5.3.4 过零检测电路的设计  62-63
  5.4 小型风力发电系统逆变并网装置的硬件实现  63-64
  5.5 TMS 320LF2407A DSP 的介绍  64-65
  5.6 小型风力发电系统逆变装置控制系统的软件设计与实现  65-71
    5.6.1 系统总体控制程序的设计  65-66
    5.6.2 正弦信号查表程序的设计  66
    5.6.3 SPWM 波产生程序的设计  66-67
    5.6.4 控制算法程序的设计  67-69
    5.6.5 锁相算法程序的设计  69-71
  5.7 实验结果与分析  71-74
    5.7.1 驱动电路实验波形与分析  71-72
    5.7.2 采样电路实验波形与分析  72-73
    5.7.3 并网输出实验波形与分析  73-74
  5.8 本章小结  74-75
总结及展望  75-77
参考文献  77-81
攻读硕士学位期间发表的论文  81-82
致谢  82-83
附件  83

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器 > 逆变器
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