风力发电电能变换装置的研究与设计
毕业论文关键词: 风能 风力发电 双PWM
Abstract Wind energy is a kind of renewable energy source,which is inexhaustible. In order to solve the problem of world energy crisis and the increasingly serious ecological environment, more and more countries in the world chose wind power as an emerging industry. Nowadays, wind power technology is developing rapidly, including direct-drive permanent magnet synchronous power generation technology, which is practical and efficient because more and more attention is paid to. In this paper,by studying up a lot of information in both Chinese and English. It describes the history, current situation and future trend of wind power. Which takes directly droven permanent magnet synchronous generating system as an example, introduces several common power conversion devices in detail. By analyzing the working principle and characteristics of various conversion devices, this paper selects Double PWM type power conversion device as the main subject.This paper analyzes PWM rectifie, PWM inverter principle and network and control links. By theory analysis,designing a 10KW power conversion device. ey words: Wind energy Wind power generation Double PWM
目录
摘要I
AbstractII
1绪论...1
1.1概述1
1.1.1课题背景和意义..1
1.2国内外风力发电技术研究现状和发展趋势2
1.2.1风力发电技术研究现状..2
1.2.2风力发电技术发展趋势..4
2风力发电的介绍6
2.1直驱永磁同步风力发电机6
2.3电能变换装置常见的拓扑结构8
2.3.1不可控整流器后接晶闸管逆变器和无功补偿..8
2.3.2不可控整流电路后接PWM电压源型逆变器..8
2.3.3PWM整流器后接电压源型PWM逆变器...9
2.3.4不可控整流+Boost电路+PWM电压源型逆变器..10
3基于双PWM电能变换装置的分析11
3.1PWM控制的基本原理...11
3.2双PWM型变换器的基本原理..12
3.3PWM整流原理...13
3.3.1单相PWM整流电路13
3.3.2三相PWM整流电路原理15
3.4PWM逆变电路...16
3.4.1单相桥式PWM逆变电路16
3.4.2三相桥式PWM逆变电路.20
3.5并网与检测..21
4电能变换装置设计.23
4.1直流母线电压的选取..23
4.2直流母线滤波电容的选取..23
4.3IGBT的选取和缓冲电路的设计..24
4.3.1IGBT的选取.24
4.3.2吸收电容的设计26
4.4电压电流采样电路...26
5结论和展望...27
致谢28
[参考文献]29
1 绪 论 1.1 概述
1.1.1 课题背景和意义 从上个世纪中叶开始全球进入了一个相对稳定的发展时期， 经济得到快速发展。伴随着经济的发展，人类对能源的需求也随着快速增加。可是，当今全球的不可再生能源日益紧缺，传统能源会产生大量的有害物质，环境污染日趋严重。为了解决这些问题，世界各国开始将开发利用可再生能源作为一种发展方向。其中风能因具有污染小，资源充足等优点越来越受到重视[1]。风力发电在近些年得到快速发展。 随着风力发电的迅速发展，它已成为解决能源、环境危机不可或缺的新型能源，扮演的角色越来越重要。风力发电技术开始成为一种具有商业化发展前景的新兴朝阳企业，在以后解决能源危机定将起到很重要的作用。从本世纪开始，中国风力发电快速发展。装机总容量以世界第一的增长速度发展。 2005 年，全国人民代表大会审议并通过了《可再生能源法》 ，规定从 2006年1 月 1日开始实施，该法案将会促进风能等可再生能源取得快速发展[2]。中国的风力发电比重会越来越大，将会和火电、核电、水电成为中国最主要的发电主力军，中国将会进入风力发电的黄金时期。改革开放 30 余年来，中国一直在努力地进行社会主义现代化建设，这 30 余年来，中国对能源的利用和需求量越来越大。当前，与世界多数国家以石油为主要的能源不同，由于中国石油储量相对较少，在过去几十年中，我国把煤炭作为最主要的能源[3]。众所周知，在煤炭开采当中会造成地面出现地陷，并会产生大量的污水，而且在开采过程中危险系数也特别大。在煤炭的燃烧过程中，产生大量的颗粒，对人的身体产生很大的伤害，通过燃烧产生的SO2对环境的污染尤为严重，成为我国污染物中最重要的角色。由于对能源的需求越来越大，而同时石油，煤炭等传统能源的开采量逐年减少，眼下最急迫的是发展和利用风能、太阳能等可再生能源。 当前，在全世界范围内，风力发电系统的容量低于 740KW，定桨距失速调节技术仍然可以使用，一旦容量高于 740KW，定桨距控制技术达不到要求[4]。这时多采用变速恒频调节技术和变桨技术。由于现在风力发电系统的容量越来越大，所以，对变速恒频发电技术的研究显得特别必要和紧迫。对中国的风力发电事业起到特别重要的意义。 风力发电机组分为两类：变速恒频机组与恒速恒频机组。在实际的运用当中，风力发电机发出的交流电在多数情况下一般不符合要求，所以是不能够直接将它们并入电网。必须要满足和电网的频率和幅值都相等，否则会造成工业事故[5]。 恒速恒频：在发电系统中，我们希望得到的频率是一个设定的值。在恒速恒频发电系统中，不需要电能变换装置。这种方法是利用固定风力机的转速，以恒定的速度带动发电机转子旋转。这样，发出的交流电的频率就可以保证是固定的值。可是这种系统有一个非常大的弊端，如果自然界的风速上升时，这个时候的风能特别大，多余的能量会传给风力发电机组的其它结构上。如果长时间处于这种状态下，这些部件会很容易损坏，从而导致系统不能很好地运行。为了解决这种问题，在恒速恒频机组的设计中，必须要增大安全系数，机组重量就会大幅增加，相应的制造成本也会增大。而且，恒速恒频机组不能够充分利用捕捉到的风能，机组的能源利用率会降低很多。变速恒频风力发电系统则可以充分地利用风能。只要自然界的风速足以带动风力机旋转，在任意风速下，发电机处在不同的转速发出的不规则的交流电，这些交流电只需要通过调节电能变换装置，就可以得到符合频率要求的交流电。