永磁式同步发电系统中并网逆变器的仿真研究

论文总字数：14668字

摘 要

20世纪70年代初出现了“石油危机”，人们认识到不可再生资源的有限性，因此再生能源的寻找与利用成为了当下研究和解决能源有限的一个重要问题。风能作为无污染、可再生的自然能源又重新引起了人们重视。本文将顺应新能源的发展趋势，对风力发电进行简要的了解与研究。本文采用额定功率为2.5MW，转子极对数40的永磁同步直驱发电系统，并着重研究永磁同步发电系统中的并网逆变器，并将采用SPWM调制，利用Matlab软件中的Simulink模块进行仿真，旨在将一个直流电通过逆变转换成为交流电，并能够符合并网要求。本文将会搭建逆变器的开环和闭环两种模型，通过波形和FFT分析进行比较。

关键词：并网逆变器；SPWM；Matlab/Simulink仿真

Abstract

At the beginning of 1970s, there appeared "oil crisis" , people realized the finiteness of non-renewable resources, so the search and utilization of renewable energy has become an important problem to study and solve the finiteness of energy. Wind energy as a pollution-free, renewable natural energy has again aroused people's attention.  This paper will follow the development trend of new energy, wind power generation for a brief understanding and research. In this paper, the permanent magnet synchronous direct drive system with rated power of 2.5 MW and Rotor Pole number of 40 is adopted, and the solar inverter in the permanent magnet synchronous power generation system is emphatically studied, and SPWM modulation is adopted, and simulation is carried out by using Simulink module in Matlab software, the aim is to convert a direct current into alternating current through an inverse transformation, and can meet the requirements of grid connection. In this paper, open-loop and closed-loop inverter models will be built, through waveform and FFT analysis for comparison.

Keywords: Solar Inverter,SPWM,Matlab/Simulink simulation.

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 并网逆变器的国内外研究现状 1

1.3 本文主要内容 2

第二章 永磁直驱式风力风电并网逆变器 3

2.1 并网逆变器 3

2.1.1 逆变器的类型 3

2.1.2 逆变器工作原理 3

2.1.3 逆变器数学模型 4

2.1.4 坐标轴变换 6

2.2 风力发电模型 7

第三章 逆变器控制方式的研究 9

3.1 PWM调制技术 9

3.2 三相SPWM电压型逆变器控制系统基本原理 9

3.3 本文的控制方式 10

3.3.1 反馈回路 10

3.3.2 锁相环 10

3.3.3 PID控制 10

第四章 并网逆变器的仿真模型搭建与波形分析 12

4.1 仿真软件介绍 12

4.2 逆变器的建模 12

4.2.1 开环逆变器分析 12

4.2.2 闭环逆变器分析 14

4.3 仿真图形的分析 15

4.4 谐波分析 17

第五章 结论 19

致谢 20

参考文献 21

绪论

1.1 选题背景

能源是人类社会生存与发展的基础。从人类社会的曙光到现在，可再生能源的开发和利用已成为人类社会的主要发展目标。在过去的100年中，新能源技术不断发展。随着科学技术的发展，风能，太阳能和生物质能发电等新能源发电已成为电网的热门来源。由于风能是一种清洁能源，它具有环保，广泛应用且受到全世界研究人员喜爱的优势。随着风力发电设备制造技术的逐渐成熟，风力发电的建设成本大大降低。风力发电是可再生能源技术领域领先的资源丰富的清洁能源。使风电技术成为市场导向的前景。在当前的新能源领域，风力发电为改善空气质量做出了重要贡献，在一定程度上降低了温室效应。

然而并网技术在风力发电上还存在着很多的问题，例如，没有单一的统一的独立的系统的用风的力量来发电的标准，没有可以用互联网就能观察的网络计划等。然而人们可以意识到用风的力量发生电能的关键性问题，在于提高发送电能是否有效率是否又快又好，增强整体风力发电系统的性能，对提高系统的性能和可靠性，针对风力发电技术的集成控制技术和控制策略，加强并网连接，这对增强中国风力发电类产业的国际竞争力都具有重要的意义^[1]。在互联网上把一个信号转换成另一个信号的器件的主要研究成果是管理策略和测量技术。公用电网要求风力发电系统的交流侧的谐波电流要尽可能地低。但风力机只能产生不稳定的电流，必须经过变流来提升电能质量，以此来达到并网的要求。

但由于，风力发电机发出的、频率随机变，必须采取有效的电力。为了改进风力发电机发，近年来发展了基于统。若并网产生很大的瞬时，不仅损坏电力设备，更严重的是，威胁到电力系统稳定性。逆电系统中的关键就是控制技术，要解决，就迫切需要解决关于术，也正因为如此，研究和改略，才对提升电网稳定性和提高并网效率有很重大的意义。因中的重中之重。

1.2 并网逆变器的国内外研究现状

随着能源短缺问题越来越严重，许多新能源便得到了广泛关注。因此，即使是逆变器也是坐在热室内的性能。“节能减排”政策对于我国而言，从国家层面上对新能源并网技术的开发与研究提供了很多优惠政策，并且在国内并网逆变器这一方面的研究已经开始^[2]。尽管对网络变压器发电进行了研究，但该研究已进入了热白化理论研究阶段。在衡量国内外质量点的能量的情况下，什么是好的。对于我国来说，相关标准国家还在探索中。根据“十二五”规划提案，我们将专注于关键的九大风电基地，推动风力发电产业的发展的和风电场的建设^[3]。国家提出要对内蒙古东西部、酒泉、河北省北部、山东省、江苏省、黑龙江省、吉林省和哈密的9个大型现代风电基地进行重点地规划建设。

这些年来，我国的风力发电的装机容量迅速发展。根据调查数据显示，我国早在2012年时就已经反超美国成为世界第一的风电大国。我国地域辽阔，不仅拥有各种高原山脉，更拥有很长的海岸线，所以风力资源丰富。因此我国在1970年左右就计划将风能作为开发利用的重点。在二十世纪80年代后期就开始发展大型风力发电系统。据互联网数据显示，在2018年时全球的发电量就已经达到600GW以上。如图1.1所示，这是截至2018年全球前十位国家的装机容量排行^[3]。为了鼓励力发电，世界各国贴、惠政策。

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