基于DSP的风能并网逆变器研究

【摘要】：风力发电是新能源中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。风力并网发电将会成为风能利用的主要发展趋势，因此如何将变化的风能转化为电能与电网并网发电是可再生能源利用的关键技术之一，也成为了目前可再生能源利用领域的研究热点。 本文论述了一种应用于可再生能源利用领域的风能并网方案。该并网逆变方案采用同步永磁发电机作为风力发电机，设计了永磁同步风力发电机与电网之间的电力电子接口——并网逆变器。本文所做的工作主要是：首先分析分布式风力发电系统的并网标准，讨论了现行并网方案的优缺点，提出PFC校正+DC／AC逆变器的拓扑结构。第三部分详细分析了并网逆变器的Boost直流升压电路和单相逆变电路，控制策略上PFC部分采用连续模式下基于平均电流控制策略的电压环电流环的双闭环的控制结构，使得校正器具有单位功率因数、电压调节和低电流谐波的特性。逆变部分采用电压型并网的输出电流跟踪控制方案，使得输出的电流与电网电压同频同相。通过对逆变器数学模型的分析，给出详细的数字控制器设计方法。此外讨论了实现风力发电机MPPT控制的扰动法，实现风力发电系统输出功率的最大值，提高风能的利用效率。在文中采用仿真软件Matlab／Simulink对所设计的电路以及数字控制系统进行建模和仿真，完成对主电路控制策略的优化验证。结果证明，该并网逆变器能够有效的解决风能并网以及低风速时风能利用问题，具有单位功率因数、低谐波等特点。 以2KW风力发电系统为例，选取了并网逆变器的主要电路器件。在控制系统的硬件设计上采用高性能数字信号处理芯片TMS320LF2407+AT89C51的双CPU控制结构，给出了采样电路、IGBT驱动电路以及单片机键盘液晶显示电路的设计方法。在软件设计上将实时嵌入式操作系统uC／OS-Ⅱ移植到以数字信号处理器(DSP)为控制核心的并网逆变器中，构建了一种通用嵌入式电力电子开发控制平台，以此作为并网逆变装置的二次开发，采用实时内核管理和调度任务，提高了系统的实时性和可靠性。 【关键词】：井网逆变 风力发电 数字信号处理器 嵌入式实时操作系统 功率因数校正
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 风力并网发电发展概况分析11-14
• 1.2.1 风力并网发电的现状及趋势11-13
• 1.2.2 风力并网发电所面临的问题13-14
• 1.3 风力发电系统并网标准14-17
• 1.4 本文主要研究内容17-18
• 2 风力发电系统并网方案分析18-26
• 2.1 风力发电并网系统介绍18-22
• 2.1.1 现行风能并网方法综述18-22
• 2.1.2 当前风能并网方案存在的问题22
• 2.2 本文提出的风能并网方案22-25
• 2.2.1 直驱式风力发电系统介绍22-23
• 2.2.2 风能并网逆变器23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 3 并网逆变器主电路及其控制技术分析26-46
• 3.1 PFC环节及其控制技术分析26-36
• 3.2 DC／AC环节及其控制技术分析36-41
• 3.3 风力发电MPPT控制技术分析41-45
• 3.4 本章小结45-46
• 4 基于DSP的并网逆变器的硬件实现46-65
• 4.1 并网逆变器硬件电路概述46-47
• 4.2 主电路关键参数选择47-52
• 4.2.1 不可控整流模块的选择47-48
• 4.2.2 DC／DC升压电路PFC部分48-50
• 4.2.3 DC／AC逆变部分选择50-52
• 4.3 基于DSP的控制系统硬件设计52-63
• 4.3.1 DSP主控板53-55
• 4.3.2 数据采集板的设计55-59
• 4.3.3 IGBT驱动板的设计59-61
• 4.3.4 MCU—LCD—KEY控制板设计61-63
• 4.4 本章小结63-65
• 5 基于uC／OS-Ⅱ的并网逆变系统软件设计65-73
• 5.1 实时嵌入式操作系统uC／OS-Ⅱ介绍65-66
• 5.2 uC／OS-Ⅱ在DSP上的移植66-67
• 5.3 并网逆变器软件开发67-73
• 6 系统设计仿真结果73-78
• 6.1 电力电子常用仿真软件比较73-74
• 6.2 并网逆变器仿真分析74-77
• 6.3 本章小结77-78
• 结论78-79
• 参考文献79-81
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况81-82
• 致谢82-83

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