基于柔性直流输电技术风电变换器的研究

【摘要】：全球能源危机和环境恶化使得可再生能源的研究和应用越来越受到重视,而风能作为储量丰富的清洁能源之一,是理想的替代能源,因此对风能发电系统的研究和应用至关重要。在整个风力发电系统中,风电变换器是很关键的装置,它决定了整个系统的稳定性以及带各种类型负载的能力。因此,开展高性能风电变换器的研究具有重要意义。 常规整流环节广泛采用的二极管整流电路和晶闸管相控整流电路向风力发电机注入大量谐波,减小电机使用寿命。随着半导体技术和新能源发电的发展,出现了基于VSC(Voltage Sourced Converters)技术的新型直流输电系统——柔性直流输电(HVDC Light),VSC整流器的电流控制技术是最早出现的控制方法,本文介绍了间接和直接电流控制,建立了数学模型并阐述了基本原理,同时给出了该控制策略的主要算法。直接电流控制方法具有相应速度快,稳态性能好,整流器接近单位功率因数运行,可显著的抑制谐波对风力发电机的干扰,改善风力发电机的运行品质。因此本文主要阐述了直接电流控制中的固定开关频率的控制策略,使用电压外环电流内环的双闭环控制方法,并给出了详细的程序流程图,另外还简单介绍了滞环电流控制策略。 VSC-HVDC一次电路结构及各个元器件的参数计算是本文另外一个重要内容,对于机侧三相电感、直流电容、Boost升压电路中电感电容的计算都做了严密的推导,本部分内容给风力发电柔性直流输电系统主电路元器件参数的选择提供了计算依据。本文设计了交流电压检测电路、交流电流检测电路、直流电压检测电路和锁相电路,并且用MULTISIM仿真软件进行仿真对比。IGBT在驱动电路中是主要的电力电子器件,对其驱动及保护非常重要,本文设计出IGBT驱动电路并提出了IGBT的保护方法。 本文对RS485总线通讯做了深入的研究,利用TI公司的SN75LBC184D串口转换芯片设计485通讯电路,制定了RS485通讯协议并编写了软件。最终以DSP2812为主控芯片,编写控制程序,把一次回路与二次回路组合形成一套基于柔性直流输电技术的风电变换器系统。 【关键词】：柔性直流输电 风力发电变换器 信号检测 Boost升压 RS485
【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 研究背景与意义7-9
• 1.2 国内外发展现状及发展趋势9-11
• 1.2.1 柔性直流输电技术9-10
• 1.2.2 风电变流器10-11
• 1.3 本文主要研究内容、目标以及拟解决的关键问题11-13
• 1.3.1 本文主要内容11-12
• 1.3.2 目标及解决的关键问题12-13
• 第二章 基本控制原理及控制算法13-28
• 2.1 间接电流控制算法的实现13-18
• 2.1.1 三相静态间接电流控制13-16
• 2.1.2 相幅控制16-18
• 2.2 直接电流控制算法18-23
• 2.2.1 固定开关频率的VSC直接电流控制算法18-22
• 2.2.2 滞环电流控制22-23
• 2.3 VSC-HVDC系统的软件设计23-26
• 本章小结26-28
• 第三章 硬件电路的设计28-51
• 3.1 一次回路元器件参数的计算28-34
• 3.1.1 三相PWM整流器电感的选取28-31
• 3.1.2 仿真结果及分析31-32
• 3.1.3 直流侧电容的选取32-33
• 3.1.4 PWM调制波的开关频率33-34
• 3.2 直流侧电压的选取34-36
• 3.2.1 电机侧电压的傅里叶变换34-35
• 3.2.2 电机侧基波电压与直流侧电压的关系35
• 3.2.3 直流电压的具体计算35-36
• 3.3 信号调理电路的设计36-42
• 3.3.1 机侧电压检测36-37
• 3.3.2 机侧电流值采样电路的设计37-39
• 3.3.3 锁相电路的设计39-41
• 3.3.4 直流侧电压检测电路41-42
• 3.4 IGBT及驱动电路42-46
• 3.4.1 IGBT工作原理与基本特性42-43
• 3.4.2 IGBT保护电路介绍43-44
• 3.4.3 IGBT驱动电路设计44-46
• 3.5 Boost升压电路的设计46-49
• 3.5.1 输入电压与输出电压的关系47-48
• 3.5.2 元器件的选择48-49
• 本章小结49-51
• 第四章 基于RS485总线通信系统51-56
• 4.1 DSP2812 SCI简介与RS485硬件电路51-53
• 4.1.1 DSP2812 SCI简介51-52
• 4.1.2 RS485硬件电路设计52-53
• 4.2 RS485协议及软件实现53-55
• 本章小结55-56
• 第五章 总结与展望56-57
• 总结56
• 展望56-57
• 参考文献57-59

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