风力发电机组变频控制系统的设计5.doc

目录 目录 I 设计总说明 IV General description of design VI 第一章 绪论 1 1.1 风力发电的应用现状及前景展望 1 1.1.1 风力发电的应用现状 1 1.1.2 风力发电的前景展望 1 1.2 风力发电技术概况 2 1.2.1 风能资源的评估与预测 2 1.2.2 风力发电装备制造技术 2 1.3 风力发电机的分类和主要特点 3 1.3.1 定桨距风力发电机组及其特点 3 1.3.2 变桨距风力发电机组及其特点 3 1.3.3 变速风力发电机组及其特点 3 1.4 风力发电机的并网方式 4 1.4.1 直接并网 4 1.4.2 双馈并网 5 1.4.3 直驱并网 5 1.5 直驱并网风机变流器的主要形式 6 1.5.1 二极管整流+晶闸管有源逆变。 6 1.5.2 晶闸管整流+晶闸管有源逆变 6 1.5.3 二极管整流 +B005T升压+IGBT逆变 7 1.5.4 双PWM型变流电路 7 1.5.5.不控整流+Z源逆变型 8 1.6 设计的主要内容 8 1.7 本章小结 9 第二章 主电路设计 10 2.1 主电路原理 10 2.1.1主电路工作原理 10 2.1.2 基本数量关系 11 2.1.3逆变颠覆及其防止 12 2.1.4 换流重叠现象 13 2.2 控制系统概述 14 2.3 大功率晶闸管有源逆变器的硬件组成 15 2.3.1 有源逆变器的系统构成 15 2.3.2 三相晶闸管逆变触发 16 2.4 主电路设计 16 2.4.1 主变压器参数的计算 16 2.4.2晶闸管参数的计算 17 2.4.3瞬态抑制电路参数计算 18 2.4.4 快速熔断器的参数选择 19 2.5 本章小结 20 第三章 控制系统的实现 20 3.1 控制系统设计 3.1.1 控制系统功能描述 20 3.1.2 PLC S7-200特性简介 20 3.2 控制系统硬件设计 3.2.1 控制系统硬件结构原理及设计 21 3.2.2 控制系统结构图 3.2.3 主电路 23 3.2.4晶闸管通用触发电路 CA6100 24 3.2.5主电路的信号检测 25 3.2.6电流不平衡检测保护 27 3.3 控制系统软件设计 3.3.1 主程序 3.3.2硬件中断程序 32 3.3.3 数字滤波 32 3.4 本章小结 34 第四章 谐波抑制与无功补偿 35 4.1 无功及谐波的危害 35 4.1.1 谐波的危害 35 4.1.2 无功功率的影响 36 4.2 有源逆变器的无功及谐波分析 36 4.2.1无功及谐波的分析 36 4.2.2谐波抑制的方法 37 4.2.3 无功补偿的方法 38 4.2.4 无功补偿电容器和LC滤波器 39 4.3 本章小结 40 第五章 结论与展望 41 参考文献 42 致谢 44 附录A 45 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各元器件参数进行了设计。然