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能源是人类社会赖以存在和发展的物质基础,是推进社会经济发展的物质原动力之一,能源供应短缺或受到潜在威胁都会直接或间接地影响国民经济发展和经济安全。因此大力发展可再生能源已经成为一个国家能源战略的重要任务。目前各种可再生能源的利用技术都在蓬勃发展之中,风力发电技术是其中的佼佼者。在风力发电系统中,直驱永磁同步风力发电技术前景可观。并网逆变器作为风力发电系统与电网连接的重要组成部分,是并网系统稳定运行的关键,因此,针对逆变器的研究与设计具有现实意义。本文以小功率直驱风力发电系统三相并网逆变器为研究对象。
本文对风力发电系统进行了系统概述,同时介绍了当前风力发电系统国内外的研究现状,确立了本课题的研究目的与意义。紧接着建立了三相并网逆变器的低频与高频数学模型,并对其控制原理进行了详细分析和研究,确立了基于电网电压定向的三相并网逆变器控制策略,同时对其关键部分空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)进行了详细介绍。
在对三相并网逆变器控制原理有效分析的基础上,基于MATLAB/Simulink仿真软件,详细介绍了三相并网逆变器仿真实验平台的搭建过程,并进行了仿真实验与分析,仿真结果验证了控制策略的正确性。根据所用控制方法与原理,进行了三相并网逆变器的软硬件设计,在硬件方面,详细给出了主电路、隔离驱动电路、信号检测与调理电路、辅助电源等电路的设计;在软件方面,介绍了主程序、定时器中断服务子程序、AD采样子程序、PI调节子程序、SVPWM子程序的设计实现思想,并详细给出了SVPWM子程序的实现方法。
进行了电路PCB设计与制作,搭建了一台1kW三相并网逆变器数字化实验平台,并进行了相关的实验与分析。实验结果验证了系统控制策略的正确性以及硬件设计的有效性,从而为中小功率并网逆变器设计提供一种参考。