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1、天津中德职业技术学院电气与能源学院毕业论文目 录【摘要】3前 言4第一章 风光互补发电概况5第二章 KNT-WP01型风光互补发电系统62.1 光伏供电装置和光伏供电系统62.1.1光伏供电装置62.1.2 光伏供电系统72.2 风力供电装置和风力供电系统72.2.1 风力供电装置72.2.2 风力供电系统82.3 逆变与负载系统92.4 监控系统9第三章 逆变器103.1 概述103.1.1 逆变器的定义103.1.2 逆变技术的发展趋势123.1.3 逆变器的主要技术指标123.2 单相电压源逆变器133.2.1 推挽式逆变电路133.2.2 半桥式逆变电路153.2.3 单相全桥逆变电路
2、15第四章 KNT-WP01型风光互补发电逆变系统174.1 逆变控制单元结构174.1.1 DC-DC升压板174.1.2 全桥逆变板184.1.3 接口底板204.2 KNT-WP01风光互补发电系统逆变原理224.2.1 升压主电路224.2.2 DC-AC变换结构224.2.3 逆变主电路234.3 系统通信功能23第五章 总结25KNT-WP01型风光互补发电系统逆变模块研究【摘要】 KNT-WP01型风光互补发电系统逆变器的工作过程是将蓄电池的12V的直流电通过 DC-DC和DC-AC变换，然后转变成正弦波220V/50Hz的工频交流电。本逆变器有很多优点，升压部分由SG3525驱
3、动两个升压MOS管，SG3525脉宽调制控制器，不仅具有可调整的死区时间控制功能，而且还具有可编式软起动，脉冲控制封锁保护等功能。全桥逆变部分采用具有DSP性能的嵌入式微处理器TMS320F2812实现SPWM的调制，同时使用 TMS320F2812的其它功能模块，实施对数据的采集、系统的保护、启动逻辑控制等。 我们通过自制简单逆变电路，以此来研究该系统逆变工作原理。【关键词】：DC-DC，DC-AC，升压，脉宽调制，SPWM调制KNT-WP01型风光互补发电系统逆变模块研究前 言能源是国民经济发展和人民生活必须的重要物质基础。在过去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能
4、源体系极大的推动了人类社会的发展。但是人类在使用化石燃料的同时，也带来了严重的环境污染和生态系统破坏。近年来，世界各国逐渐认识到能源对人类的重要性，更认识到常规能源利用过程中对环境和生态系统的破坏。各国纷纷开始根据国情，治理和缓解已经恶化的环境，并把可再生、无污染的新能源的开发利用作为可持续发展的重要内容。风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统，具有很好的应用前景。第一章 风光互补发电概况中国现有9亿人口生活在农村，其中5%左右目前还未能用上电。在中国无电乡村往往位于风能和太阳能蕴藏量丰富的地区。因此利用风光互补发电系统解决用电问题的潜力很大。采用
5、已达到标准化的风光互补发电系统有利于加速这些地区的经济发展，提高其经济水平。另外，利用风光互补系统开发储量丰富的可再生能源，可以为广大边远地区的农村人口提供最适宜也最便宜的电力服务，促进贫困地区的可持续发展。我国已经建成了千余个可再生能源的独立运行村落集中供电系统，但是这些系统都只提供照明和生活用电，不能或不运行使用生产性负载，这就使系统的经济性变得非常差。可再生能源独立运行村落集中供电系统的出路是经济上的可持续运行，涉及到系统的所有权、管理机制、电费标准、生产性负载的管理、电站政府补贴资金来源、数量和分配渠道等等。但是这种可持续发展模式，对中国在内的所有发展中国家都有深远意义。第二章 KNT
6、-WP01型风光互补发电系统KNT-WP01型风光互补发电实训系统是2012年全国职业院校技能大赛高职组“风光互补发电系统安装与调试”赛项指定使用的大赛设备，由南京康尼科技实业有限公司提供。该设备是在2011年全国职业院校技能大赛高职组“光伏发电系统安装与调试”赛项指定使用的KNT-SPV01型光伏发电实训系统设备的基础上，增加了风力供电装置和风力供电系统，实现了功能拓展。KNT-WP01型风光互补发电实训系统主要由光伏供电装置、光伏供电系统、风力供电装置、风力供电系统、逆变与负载系统、监控系统组成，如图2-1所示。KNT-WP01型风光互补发电实训系统采用模块式结构，各装置和系统具有独立的功
7、能，可以组合成光伏发电实训系统、风力发电实训系统。图2-1 KNT-WP01型风光互补发电实训系统2.1 光伏供电装置和光伏供电系统2.1.1光伏供电装置1光伏供电装置的组成光伏供电装置主要由光伏电池组件、投射灯、光线传感器、光线传感器控制盒、水平方向和俯仰方向运动机构、摆杆、摆杆减速箱、摆杆支架、单相交流电动机、电容器、直流电动机、接近开关、微动开关、底座支架等设备与器件组成，如图2-2所示。图2-2 光伏供电装置4块光伏电池组件并联组成光伏电池方阵，光线传感器安装在光伏电池方阵中央。2盏300W的投射灯安装在摆杆支架上，摆杆底端与减速箱输出端连接，减速箱输入端连接单相交流电动机。电动机旋转
8、时，通过减速箱驱动摆杆作圆周摆动。摆杆底端与底座支架连接部分安装了接近开关和微动开关，用于摆杆位置的限位和保护。水平和俯仰方向运动机构由水平运动减速箱、俯仰运动减速箱、水平运动和俯仰运动直流电动机、接近开关和微动开关组成。水平运动和俯仰运动直流电动机旋转时，水平运动减速箱驱动光伏电池方阵作向东方向或向西方向的水平移动、俯仰运动减速箱驱动光伏电池方阵作向北方向或向南方向的俯仰移动，接近开关和微动开关用于光伏电池方阵位置的限位和保护。2.1.2 光伏供电系统光伏供电系统主要由光伏电源控制单元、光伏输出显示单元、触摸屏、光伏供电控制单元、DSP控制单元、接口单元、西门子S7-200PLC、继电器组、
9、接线排、蓄电池组、可调电阻、断路器、12V开关电源、网孔架等组成。2.2 风力供电装置和风力供电系统2.2.1 风力供电装置1. 风力供电装置的组成风力供电装置主要由叶片、轮毂、发电机、机舱、尾舵、侧风偏航机械传动机构、直流电动机、塔架和基础、测速仪、测速仪支架、轴流风机、轴流风机支架、轴流风机框罩、单相交流电动机、电容器、风场运动机构箱、护栏、连杆、滚轮、万向轮、微动开关和接近开关等设备与器件组成，如图2-4所示。 图2-4 风力供电装置叶片、轮毂、发电机、机舱、尾舵和侧风偏航机械传动机构组装成水平轴永磁同步风力发电机，安装在塔架上。风场由轴流风机、轴流风机支架、轴流风机框罩、测速仪、测速仪
10、支架、风场运动机构箱体、传动齿轮链机构、单相交流电动机、滚轮和万向轮等组成。轴流风机和轴流风机框罩安装在风场运动机构箱体上部，传动齿轮链机构、单相交流电动机、滚轮和万向轮组成风场运动机构。当风场运动机构中的单相交流电动机旋转时，传动齿轮链机构带动滚轮转动，风场运动机构箱体围绕风力发电机的塔架作圆周旋转运动，当轴流风机输送可变风量风时，在风力发电机周围形成风向和风速可变的风场。在可变风场中，风力发电机利用尾舵实现被动偏航迎风，使风力发电机输出最大电能。测速仪检测风场的风量，当风场的风量超过安全值时，侧风偏航机械传动机构动作，使尾舵侧风45，风力发电机叶片转速变慢。当风场的风量过大时，尾舵侧风90
11、，风力发电机处于制动状态。由于风场的风向可变，风力供电装置还具有解缆功能。2.2.2 风力供电系统风力供电系统主要由风电电源控制单元、风电输出显示单元、触摸屏、风力供电控制单元、DSP控制单元、接口单元、西门子S7-200PLC、变频器、继电器组、接线排、可调电阻、断路器、网孔架等组成。2.3 逆变与负载系统逆变与负载系统主要由逆变电源控制单元、逆变输出显示单元、逆变器、逆变器参数检测模块、变频器、三相交流电机、发光管舞台灯光模块、警示灯、接线排、断路器、网孔架等组成。2.4 监控系统监控系统主要由计算机、力控组态软件组成。第三章 逆变器3.1 概述逆变器也称逆变电源，是将直流电能转变成交流电
12、能的变流装置，是太阳能、风力发电中一个重要部件。随着微电子技术与电力电子技术的迅速发展，逆变技术也从通过直流电动机交流发电机的旋转方式逆变技术，发展到二十世纪六、七十年代的晶闸管逆变技术，而二十一世纪的逆变技术多数采用了 MOSFET、IGBT、GTO、IGCT、MCT等多种先进且易于控制的功率器件，控制电路也从模拟集成电路发展到单片机控制甚至采用数字信号处理器（DSP)控制。各种现代控制理论如自适应控制、自学习控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等先进控制理论和算法也大量应用于逆变领域。其应用领域也达到了前所未有的广阔，从毫瓦级的液晶背光板逆变电路到百兆瓦级的高压直流输电换流站；从日常生活的变频
13、空调、变频冰箱到航空领域的机载设备；从使用常规化石能源的火力发电设备到使用可再生能源发电的太阳能风力发电设备，都少不了逆变电源。毋须怀疑，随着计算机技术和各种新型功率器件的发展，逆变装置也将向着体积更小、效率更高、性能指标更优越的方向发展。3.1.1 逆变器的定义逆变器是通过半导体功率开关的开通和关断作用，把直流电能转变成交流电能的一种变换装置，是整流变换的逆过程。逆变器及逆变技术按输出波型，主电路拓朴结构、输出相数等方式来分类，有多种逆变器，具体如下： 方波逆变器 正弦波逆变器 （按输出电压波形分类） 阶梯波逆变器单相逆变器三相逆变器 （按输出交流电相数分类）多相逆变器电压源型逆变器 （按输
14、入直流电源性质分类）电流源型逆变器 推挽逆变器 半桥逆变器 （按主电路拓扑结构分类）全桥逆变器 单向逆变器 （按功率流动方向分类）双向逆变器 有源逆变器 （按负载是否有源分类）无源逆变器低频逆变器工频逆变器 （按输出交流电的频率分类）中频逆变器高频逆变器 低频环节逆变器 （按直流环节特性分类） 高频环节逆变器3.1.2 逆变技术的发展趋势逆变技术的原理早在1931年就有人研究过，从1948年美国西屋电气公司研制出第一台3KHZ感应加热逆变器至今已有近60年历史了，而晶闸管SCR的诞生为正弦波逆变器的发展创造了条件，到了20世纪70年代，可关断晶闸管（GTO)、电力晶体管（BJT) 的问世使得逆变技术得到发展应用。到了20世纪80年代，功率场效应管（MOSFET)、 绝缘栅极晶体管（IGBT)、MOS控制晶闸管（MCT)以及静电感应功率器件的诞生为逆变器向大容量方向发展奠定了基础，因此电力电子器件的发展为逆变技术高频化，大容量化创造了条件。进入80年代后，逆变技术从应用低速器件、低开关频率逐渐向采用高速器件，提高开关频率方向发展。逆变器的体积进一步减小，逆变效率进一步提高，正弦波逆变器的品质指标也得到很大提高。另一方面，微电子技术的发展为逆变技术的实用化创造了平台，传统的逆变技术需要通过许多的分立元件或模拟集成电路加以完成，随着逆变技术复杂程度的增加，所需
