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风光互补发电系统的研究与开发

作　者: 曹彦
导　师: 方兴其
学　校: 上海交通大学
专　业: 控制工程
关键词: 风光互补发电 风力机模拟 MPPT 逆变系统
分类号: TM61
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 504次
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内容摘要


风能和太阳能作为可再生新能源具有很好的互补性,对其进行合理的开发使用,对解决当今世界日益严重的资源枯竭和环境污染具有十分重要的意义。与单独的光伏或风力发电相比,风光互补发电技术能有效增强系统对天气变化的适应能力,使系统具有更好的实用价值,它既可增加供电可靠性,又可降低系统的成本。本课题以风-光发电为背景,开展风光互补发电的控制系统与逆变技术的研究,主要完成的工作有如下几个方面:1、为了模拟真实工况下的风力机输出特性,本文设计了一种基于直流电机的风力机模拟系统,该系统具有噪声小,成本低,可模拟不同风速(低速、高速)下风能发电的情况。2、针对自然界因风-光的不确定而导致系统输入电压的不稳定工况,本文设计了一种Buck—Boost升降压一体的变换及控制电路,该电路可适应不同电压值的输入,完成发电系统的MPPT控制。3、开发了一种与风光互补发电系统匹配的逆变装置,该装置采用两级逆变的方案,前级采用带有能量回收功能的隔离型全桥DC/DC升压结构,以提高转换效率;后级采用基于单极性倍频SPWM技术的全桥逆变结构,通过数字和模拟相结合的方式,实现了等效开关频率的增倍,提高了效率,减小了逆变器的体积。经实际运行,验证了本系统的有效性。在理论分析的基础上,进行三个部分的开发工作。完成一台风光互补逆变实验平台,通过了新疆大学的验收工作,目前运行良好;初步完成一台风光互补发电实验平台,并通过了系统联调。此风光互补发电系统的风力机模拟、MPPT控制、逆变三个部分各项指标符合设计要求,运行状态稳定,电气性能优良,为研究风光互补发电,开发合适的发电控制系统和逆变系统提供了一套理想的解决方案。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第1章 绪论  9-12
  1.1 能源问题  9
  1.2 新能源发展现状  9-10
  1.3 风光互补发电系统  10
  1.4 主要研究内容与论文结构  10-12
第2章 风光互补发电系统架构  12-17
  2.1 太阳能、风能发电简介  12-13
  2.2 MPPT 控制器  13-14
  2.3 蓄电池组  14-15
  2.4 逆变器  15
  2.5 系统结构  15-16
  2.6 本章小结  16-17
第3章 风力机模拟设计  17-30
  3.1 风力机模拟的基本设计思路  17-27
    3.1.1 贝兹定理  17-19
    3.1.2 风力机输出特性  19-22
    3.1.3 风力机模拟控制策略  22-27
  3.2 风力机模拟模块设计  27-29
    3.2.1 风力机模型的计算  27
    3.2.2 风力机模拟硬件电路  27-29
  3.3 本章小结  29-30
第4章 MPPT 控制器设计  30-41
  4.1 控制器的基本设计思路  30-37
    4.1.1 风能、太阳能输入特性  30-32
    4.1.2 常见的MPPT 变换器  32-35
    4.1.3 采用的MPPT 变换器  35
    4.1.4 控制器与系统其它部分的关系  35-37
  4.2 MPPT 算法设计  37-38
    4.2.1 常见的MPPT 算法  37
    4.2.2 采用的MPPT 算法  37-38
  4.3 控制器模块设计  38-40
    4.3.1 Boost/Buck 相结合的变换器  38-39
    4.3.2 主控芯片接口电路  39-40
    4.3.3 风速检测接口电路  40
  4.4 本章小结  40-41
第5章 逆变器设计  41-83
  5.1 逆变器的基本设计思路  41-47
    5.1.1 常见的逆变器主结构  41-42
    5.1.2 采用的逆变器主结构  42
    5.1.3 反馈控制方式  42-44
    5.1.4 SPWM 调制方式  44-46
    5.1.5 保护功能  46-47
  5.2 DC/DC 模块设计  47-66
    5.2.1 DC/DC 变换器选择  47-52
    5.2.2 DC/DC 模块总体设计  52-55
    5.2.3 DC/DC 主功率回路设计  55-59
    5.2.4 DC/DC 控制回路设计  59-66
  5.3 DC/AC 模块设计  66-78
    5.3.1 DC/AC 变换器选择  66-69
    5.3.2 DC/AC 模块总体设计  69
    5.3.3 DC/AC 主功率回路设计  69-72
    5.3.4 DC/AC 控制回路设计  72-78
  5.4 其他设计  78-82
    5.4.1 主控结构与主控流程  78-81
    5.4.2 保护模块  81-82
  5.5 本章小结  82-83
第6章 实验结果分析  83-87
  6.1 风力机模拟部分  83-84
  6.2 MPPT 控制器部分  84-85
  6.3 逆变器部分  85-87
  6.4 本章小结  87
第7章 总结与展望  87-89
  7.1 本课题所作的工作  87-88
  7.2 未来工作展望  88-89
参考文献  89-93
致谢  93-95
攻读学位期间发表的学术论文  95-97

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 发电、发电厂 > 各种发电
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