风力发电机组变频控制系统的设计5

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1、目录目录I设计总说明IVGeneraldescriptionofdesignVI第一章绪论11.1风力发电的应用现状及前景展望11.1.1风力发电的应用现状11.1.2风力发电的前景展望11.2风力发电技术概况21.2.1风能资源的评估与预测21.2.2风力发电装备制造技术21.3风力发电机的分类和主要特点31.3.1定桨距风力发电机组及其特点31.3.2变桨距风力发电机组及其特点31.3.3变速风力发电机组及其特点31.4风力发电机的并网方式41.4.1直接并网41.4.2双馈并网51.4.3直驱并网51.5直驱并网风机变流器的主要形式61.5.1二极管整流+晶闸管有源逆变。61.5

2、.2晶闸管整流+晶闸管有源逆变61.5.3二极管整流+B005T升压+IGBT逆变71.5.4双PWM型变流电路71.5.5.不控整流+Z源逆变型81.6设计的主要内容81.7本章小结9第二章主电路设计102.1主电路原理102.1.1主电路工作原理102.1.2基本数量关系112.1.3逆变颠覆及其防止122.1.4换流重叠现象132.2控制系统概述142.3大功率晶闸管有源逆变器的硬件组成152.3.1有源逆变器的系统构成152.3.2三相晶闸管逆变触发162.4主电路设计162.4.1主变压器参数的计算162.4.2晶闸管参数的计算172.4.3瞬态抑制电路参数计算182.4.4

3、快速熔断器的参数选择192.5本章小结20第三章控制系统的实现203.1控制系统设计3.1.1控制系统功能描述203.1.2PLCS7-200特性简介203.2控制系统硬件设计3.2.1控制系统硬件结构原理及设计213.2.2控制系统结构图3.2.3主电路233.2.4晶闸管通用触发电路CA6100243.2.5主电路的信号检测253.2.6电流不平衡检测保护273.3控制系统软件设计3.3.1主程序3.3.2硬件中断程序323.3.3数字滤波323.4本章小结34第四章谐波抑制与无功补偿354.1无功及谐波的危害354.1.1谐波的危害354.1.2无功功率的影响364.2有源逆变器

4、的无功及谐波分析364.2.1无功及谐波的分析364.2.2谐波抑制的方法374.2.3无功补偿的方法384.2.4无功补偿电容器和LC滤波器394.3本章小结40第五章结论与展望41参考文献42致谢44附录A45设计总说明把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微风程度），便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。中国新能源战略开始把大力发展风电发电设为重点。按

5、照国家规划，未来15年，全国风力发电装机容量将达到2000万至3000万千瓦。以每千瓦装机容量设备投资7000元计算，根据《风能世界》杂志发布，未来风电设备市场将高达1400亿元至2100亿元。发电发展到目前阶段，其性价比正在形成与煤电、水电的竞争优势。风电的优势在于：能力每增加一倍，成本就下降15%，近几年世界风电增长一直保持在30%以上。随着中国风电装机的国产化和发电的规模化，风电成本可望再降。因此风电开始成为越来越多投资者的逐金之地。目前，现存的大功率并网型风力发电机组正向着直驱化发展。由于直驱式风力发电机组的变频系统要求全功率通过的变频器，因此变频器需要超大功率等级的开关管，又

6、因为风力发电机的工作环境相当恶劣，雷击事件时有发生，故要求的更高功率等级的主开关管。在这种等级下变流器的主流开关管IGBT只能国外引进受制于人。大功率晶闸管完全能够本土化生产成本低。为了提高风力发电机制造的本土化比例，提高风力发电机并网逆变器的性价比，本设计提出了一种基于7-300PCL的应用在风力发电机并网的晶闸管有源逆变器。本设计首先在绪论中简要的谈了下风力发电技术的应用现状及前景展望，并介绍了定桨距，变桨距和变速三种风力发电机组的特点和三种不同的并网方式。接着在第二章中对用IGBT和SCR为主开关管逆变器在结构、性能以及优缺点进行了比较，并确定了以晶闸管有源逆变电路作为主电路以及

7、各元器件参数进行了设计。然后在第三章设计了控制系统硬件电路中的主控芯片电路、D/A转换及其与PLC的光电接口电路和晶闸管驱动电路CA6100以及在并网逆变器输出侧并联滤波器，使送入电网的交流电能满足电网要求。第四章中本设计就晶闸管逆变器的谐波和无功问题做出了简要的分析，并提出了谐波和无功的补偿办法。并在文章对基于PLC控制系统画出了主要软件流程图。最后附上了本设计的电路原理图，可作为今后实际装置开发的参考。在最后并附上了本设计的主电路原理图和控