目前,风力发电系统正向着直驱化方向发展,但直驱风力发电机产生的电能存在着电压幅值频率随风速变化、功率不稳定等诸多问题。本文为解决该问题,提出在直驱风力发电机输出端增加电能变换装置的方法,使输出的电能符合电能质量标准;采用现代电力电子技术结合先进的控制技术,分析并设计出适合于直驱风力发电系统的逆变装置。 本文在详细分析直驱风力发电系统特点和已有逆变装置的基础上,确立了三相不可控整流桥+SEPIC变换电路+单相全桥逆变电路的逆变装置主电路结构。依据各部分电路稳态分析结果,得到逆变装置关键参数的选择标准,并据此为额定功率为2kW的逆变装置选取了主要电路元器件。在利用PWM开关模型建立的SEPIC电路动态模型基础上,采用集成控制芯片UC3854为之设计了平均电流型控制器;还根据逆变电路的动态模型,为之设计了基于PI控制和无差拍控制的电压电流双闭环控制系统。 本文还应用专业仿真软件Saber、MatLab/Simulink对所设计的主电路和控制系统进行仿真分析,完成电路参数和控制器的优化设计。仿真结果表明:设计的逆变装置电路结构合理,控制策略正确,输出电能完全符合设计指标。在分析设计和仿真优化的基础上,采用专用于控制领域的高性能数字信号处理芯片TMS320LF2407A作为核心控制器,构造了逆变装置数字控制系统来验证所采用的控制方案。所构造的数字控制系统实现了变电路闭环控制、SPWM输出控制及逆变装置电能通道选择、装置保护、故障处理等功能,并且提供了良好的人机操作界面。