直驱式风力发电系统中并网逆变器的设计与仿真

论文总字数：14769字

摘 要

第一章 绪论 3

1.1 课题背景及意义 3

1.2 逆变装置的研究现状 4

1.3 本文主要研究内容 5

第二章 直驱式风力发电机组建模及研究 6

2.1风力发电场建设条件 6

2.2 直驱式风力发电系统结构 6

2.3 电压型拓扑逆变器比较 7

第三章 逆变器并网分析 9

3.1 逆变器电路分类对比 9

3.2 逆变器的重要性 9

3.3 并网的控制要求 9

3.4逆变器并网电流控制 10

第四章 逆变器的控制及其原理的研究 13

4.1传统电压逆变器的缺陷 13

4.2 逆变器主电路分析 13

4.2.1 逆变器的基本原理 13

4.2.2 Z源逆变器在风电系统中的突出点 15

第五章 基于Matlab的Simulink仿真初探 16

5.1 Matlab的简单介绍 16

5.2 逆变器的仿真 16

逆变器仿真总图如下图5-1： 16

结论 22

致谢 23

参考文献 24

摘要

随着全球范围内化石能源的消耗，环境日趋的恶化，绿色能源成为各国重点研究和追求的对象。风能的洁净、低成本、可再生的优点得到了我们的追捧。在风力发电研究过程中对逆变器的研究成为了最重要的部分，因为风力发电和电网了连接全依靠逆变器的使用。本文将对直驱式风力发电系统的逆变器进行分析。首先会对直驱式风力发电机组作以及其结构的组成情况进行简单的介绍，然后对逆变器的种类进行分类比较，在了解并网的控制要求的情况下从而选出最实用的逆变器，接着将分析逆变器的工作原理，分析SPWM，建立Matlab仿真模型。

关键词：风力发电；电压型逆变器；拓扑结构；直驱式

Abstract

With the global fossil energy consumption, increasing the deterioration of the environment, green energy has become a national focus on the research object and the pursuit of. The wind energy with the advantages of low cost, clean, renewable and the pursuit of. In the research process of wind power inverter has become the most important part, because of wind power generation and grid connection depends on the use of inverter. I will also be on the inverter direct drive wind power system analysis. We will give a simple introduction of direct drive wind turbine, and types of inverter are classified and compared, and choose the most practical working principle of inverter, the inverter will then establish simulation model of Matlab analysis, SPWM analysis and Matlab.

Keywords: wind power; inverter; topology; grid

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

全球的经济发展越来越快，能源的消耗也越来越多，人们对能源的需求也日益加大。目前有一些的权威组织也对全球的不可再生能源储量进行了预测，我们耐以生存的地球石油的使用时长仅剩28年，天然气的使用时长仅剩48年，虽然煤炭的开采还能维持208年，但在人类的发展史上这点时间是远远不够的。能源的日益衰竭和环境的恶化都是大自然对我们人类敲响的警钟，面对一次又一次的灾害，众多的科技机构都加大了对新能源研究的力度。为了更加快速的走上一条健康的发展道路，在全世界范围类的多个领域都对绿色电力产生了非常浓厚的兴趣。最终，风能作为一种新型的、健康的能源出现的人们的视野中。就现在来看，风能是用不完，取不尽的。其实早在20世纪70年代的时候风能就受到了几乎全世界的重视，经过了将近百年的发展，人们对风能技术的运用也逐渐的成熟。于此同时，微电子技术、自动控制技术、电子技术和电力等科技的发展都加快了风力运用技术的前进。

从全球的角度来看，欧美对风能的运用和利用是比较强的，于此同时德国风力发电机的安装是最多的。在各国的政策辅助和时代的不断发展，欧洲在21世纪初对风能发电厂的建设量超过了天然气发电厂，成为了他们最大的发电方式。官方预测，在将来的50年里。全球的风力发电的发展会每年加7000万千瓦，不容置疑的是风能的发展将势不可挡。风力发电的高端技术主要还是掌握在一些发达国家，我国还需要加快对风力发电的研究步伐，尽早的赶上发达国家，甚至超过发达国家。

与其他的绿色能源相比较，风能的优势具有以下几点：

1. 工程量相对较小，建设快速。比如像热电厂和水电厂的建设都要经历几年的时间，然而风力发电的建设只需要几周或者几个月。重点是风力发电只要建成就可以发电，而且对每一台发电机所需要的资金并不多，灵活性能也是相当的高。
2. 之前也提到过风能是绿色能源，不会对环境造成污染。对风能的运用能减缓地球的沙漠化，同时也能控制地球变暖的进程。
3. 风力发电的商业化也是比较高的，其所需的成本随着时代的发展也在逐步的降低。就拿我国的风力发展来看，早在90年代初期没千瓦所需要12000元，到现在已经降低到每千瓦6000元。虽然这个费用与热电相比是高于2倍的，但是太阳能的成本消耗却更加的高。热电成本略低，但是他对环境的污染和对运输的需求是相当高的。有关人士也指出，风力发电的技术渐渐成熟，成本也会越来越客观。
4. 风能的资源是非常丰富的，可以说是用不完，取不尽，我国地大物博风能的含量更加可观，就拿可利用的风能来说。陆地上可以利用的风能就有2.64亿千瓦，靠近大海的风能就有6.9千瓦，这些的可利用风能是大于我国的水能资源的。当风能的技术到达一定的能力时，还可以对深海的风能进行开发，同时技术纯熟后，对风速的要求也是会降低很多，用风能的利用率也会更高^[4]。

我国的风电发展虽然相比其他国家比较晚，但是我们政府的大力支持、科技的纯熟和技术人员的不懈努力，我相信在不久的将来，我国的风力发电会达到一个高点，追上以至于超过目前风力运用比较好的国家。

我国对风力发电的运用是从1960开始的，在后来的10年时间类，我国是加大了对小型离网式风力发电机组的研究。在1978年的时候我国是加大了对大型的并网式风力发电组的研究，在经过了将近10年的奋斗之后，终于在1988年成型。在最近的几年，电力发电在我国发展可以说达到了成熟的地步，早在2007年的时候单单建设量就有了5900兆瓦，提早达到了政府制定的目标，同时风力实力也进入了全球的前5名。在这之后仅仅过了1年时间，建设量就达到了1390万千瓦，提高了一倍之多，在喜悦之后我想我们还应该继续研究和发展。

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