小型风电系统的整流卸荷装置的设计与实现

【摘要】： 目前,小型风力发电系统非常适合解决我国那些经济水平落后、居住相对分散且风力资源较好的无电地区居民的用电问题,但现有的小型风力发电系统存在成本相对较高以及可靠性较差等问题,直接限制了它的发展和推广。因此,对小型风力发电系统进行研究具有重要的意义。 在小型风电系统中,整流电路作为发电机和电网之间的接口,其容量、稳定性和并网特性对系统的性能起着重要的作用；卸荷电路作为风机的保护电路,不仅起保护作用,而且可以减小电网前端逆变器的容量要求,从而降低系统成本。因此,本文主要对小型风电系统的整流卸荷装置进行了研究和设计,主要工作如下： 1)介绍了小型风电系统的拓扑结构和有关整流卸荷技术的相关知识,给出了由永磁同步发电机、不可控桥式整流电路,卸荷器、逆变器等组成的小型风电系统结构。 2)根据选用的小型风电系统的拓扑结构和性能指标,分析了整流卸荷装置的功能需求与设计方案,选择了相应的硬件元器件。另外,针对卸荷电路现有的控制逻辑,提出了改进的卸荷电路控制方法。 3)设计了基于MSP430F149单片机的控制系统,对系统直流侧电压、电流和卸荷功率进行测量,并根据测量值计算产生PWM波形控制卸荷器的投切。采用单片机内部集成的A/D转换模块,简化了系统电路结构,降低了系统设计难度。 4)小型风电系统整流卸荷电路的设计。根据选用的整流器和功率开关器件,设计了相应的整流电路、IGBT的驱动电路和缓冲电路。 【关键词】：小型风电系统 整流电路 卸荷电路 MSP430F149 PWM IGBT
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 风力发电概述8-10
• 1.1.1 国外风力发电现状8-9
• 1.1.2 国内风力发电现状9
• 1.1.3 小型风力发电系统在我国的发展趋势和应用前景9-10
• 1.2 课题的提出及研究内容10-14
• 1.2.1 课题的提出10-11
• 1.2.2 论文研究的主要内容及章节安排11-14
• 2 小型风电机组的整流卸荷技术14-22
• 2.1 小型风电机组的拓扑结构14-17
• 2.2 整流器的介绍17-18
• 2.3 卸荷器的介绍18-21
• 2.3.1 卸荷器的工作原理18
• 2.3.2 卸荷器的应用定位18-19
• 2.3.3 卸荷器的功率调节方式19-20
• 2.3.4 卸荷控制方案20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 整流卸荷装置功能需求与方案设计22-36
• 3.1 整流卸荷装置功能需求22-23
• 3.1.1 整流侧功能需求22
• 3.1.2 卸荷器功能需求22-23
• 3.2 整流卸荷装置方案设计23-28
• 3.2.1 设计性能指标23
• 3.2.2 整流电路设计23-24
• 3.2.3 卸荷电路设计24
• 3.2.4 测量电路和控制电路设计24-25
• 3.2.5 卸荷控制的逻辑设计25-26
• 3.2.6 卸荷控制的占空比计算26-27
• 3.2.7 系统软件设计27-28
• 3.3 整流卸荷装置主要功能芯片28-35
• 3.3.1 整流器主要功能芯片28-29
• 3.3.2 卸荷器主要功能芯片29-30
• 3.3.3 单片机控制系统主要功能芯片30-35
• 3.4 本章小结35-36
• 4 基于MSP430F149的系统硬件设计36-48
• 4.1 测量模块设计36-40
• 4.1.1 电压测量电路设计38-39
• 4.1.2 电流测量电路设计39-40
• 4.1.3 功率测量电路设计40
• 4.2 单片机模块设计40-44
• 4.2.1 复位电路40-41
• 4.2.2 A/D转换电路41-42
• 4.2.3 PWM信号输出电路42-43
• 4.2.4 晶振电路和JTAG口的连接43-44
• 4.3 电源模块设计44-45
• 4.4 印刷电路板设计45-47
• 4.5 本章小结47-48
• 5 整流卸荷装置的电路设计48-56
• 5.1 整流器设计48
• 5.2 卸荷器电路设计48-53
• 5.2.1 驱动电路设计48-50
• 5.2.2 缓冲电路设计50-53
• 5.3 PCB设计53-54
• 5.3.1 印制电路板的散热设计53-54
• 5.3.2 印制电路板的电磁兼容设计54
• 5.4 本章小结54-56
• 6 系统软件设计56-64
• 6.1 开发环境简介56-57
• 6.2 程序总体设计57-58
• 6.3 各功能函数说明58-63
• 6.3.1 初始化程序58-60
• 6.3.2 主程序60-62
• 6.3.3 中断程序62-63
• 6.4 本章小结63-64
• 7 总结与展望64-66
• 7.1 总结64
• 7.2 展望64-66
• 致谢66-68
• 参考文献68-72
• 附录A72-74
• 附录B74

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