光柴互补发电逆变系统的研究与设计.pdf

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1、风一光一柴互补发电逆变系统的研究与设计刘畅张庆范高金波山东大学控制科学与工程学院(济南25006])胡顺全山东新风光电子科技发展有限公司(济宁272500)摘要：节能和环保已成为当今世界的两大主题。利用风能、太阳能发电是对两种最为理想、无污染的绿色再生资源的利用，目前已成为开发研究的一项重大课题。而如何解决好风能、太阳能、柴油机互补发电系统中的匹配问题是此课题的关键。文章介绍了在DSP微处理器的控制下，一种新的方法实现风机充电控制、太阳能充电控制、柴油机发电控制与逆变系统的结合，实现了系统的优化控制。叙词：风能太阳能风一

2、光一柴互补系统逆变器1引言进入21世纪，随着全球经济的发展和科学技术的进步，人们对电的依赖越来越多，电力已经成为人们日常生活和生产中必不可少的动力来源。而与此同时，环境污染日益严重，不可再生能源却正被耗尽，资源缺乏的压力不断增加。这样，如何解决人们赖以生存的环境问题，如何解决人们需求增加与资源不断减少之间的矛盾，成为当今国内外学者开始研究与探讨的重大问题。利用绿色可再生资源是一条很好的出路，风能、太阳能就是取之不尽的天然绿色可再生资源。风一光一柴互补发电系统是一种将太阳能和风能转化为电能，并把柴油机作为后备装置的发电系统

3、。风能与太阳能在时间和地域上有着很强的互补性，可以弥补单一能源发电造成的不平衡的缺陷，使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性，其优点是无污染，无噪音，不产生废弃物，并且可再生。而把柴油机作为后备辅助发电装置，能使系统更加得稳定、完善。逆变器是风光互补发电系统的关键设备，直接关系到供电质量和系统运行的可靠性。这样，采用什么样的方法能使逆变器发出稳定的交流电给负载供电，是要解决的首要问题。文章从系统的实际出发，以DSP为微处理器，提出了一种新的逆变器控制方法，能较好的控制逆变系统直流端电压的稳定，提高系统供电质量，发出稳

4、定的220V／50Hz交流电，对沿海季风型城市用户和边远山区用户有很大帮助。2系统结构和主要功能整套发电装置的系统结构框图如图1所示，包括风能发电系统、光能发电系统、柴油机后备发电系统、逆变系统、控制系统五大部分[2

5、。其中逆变系统又包括Buck降压电路和逆变器。风能发电系统是将风能转化为电能的装置。首先利用风力发电机组，将风能转换成三相交流电，然后经过整流器整成直流电，对逆变系统直流端充电。风机可采用专门设计的变桨距风力发电机或调叶面风力发电机[⋯，可在3～10级风时达到稳定输出，对风速不稳定产生的尖峰电压电流可通过卸

6、载电阻释放。该系统的优点是系统日发电量大，系统造价低，运行维护成本低；缺点是可靠性较差。光电系统是利用光电池板，将太阳能转换成电能，储存在太阳能蓄电池中，再通过控制器对逆变系统直流端充电的一套系统。该系统的特点是可靠性高，运行维护成．≈Rn．本低；缺点是系统造价高。柴油机发电系统是在风一光发电系统出现故障或是供电不足时的后备系统，目前技术已趋于完善。因此利用风一光互补发电且以风电为主，柴油机作为后备系统，是最佳的匹配方案。降压环节采用简单稳定的Buck降压电路，将风能系统和光能系统的高压电降为350V左右，送到逆变器直流

7、端。逆变器设计为SPWM触发，单向IGBT逆变器，采用目前成熟的大功率电力电子功率转换器件IGBT，确保逆变器系统正常工作。逆变器最终将输出220V／50Hz的交流电供负载使用。控制系统是整套设备的大脑，选用目前功能强大的DSP系列作为微处理器。控制单元及其外围设备用来实现对系统的数据采集、实时监控和IGBT的触发。图1系统结构框图3逆变系统控制方式和工作原理逆变系统的控制结构如图2所示。对于整套系统来说，稳定逆变系统直流端电压，提高系统供电质量是系统控制的首要任务。这样，采用什么样的控制方法控制整套发电系统就至关重要。

8、图2逆变系统控制方法图3．1风机充电控制被控对象是三相桥式整流电路，如结构框图2所示。风机选用变桨距风力发电机或调叶面风力发电机，这种风力发电机第十七届全国电源技术年会论文集通过风电机组的机械式结构限制风机的转速E引，可在3～10级风时达到较稳定输出。系统再加入CVT(ConstantVoltageTracking)式的MPPT(MaxPowerPointTracking)功率跟踪器[“，即把MPPT控制简化为稳压控制，即可把风力发电机的电压输出值限制在一定范围内，减少风力发电机输出的冲击，对提高风力发电机系统工作的可靠

9、性起到很好的作用。当风速达到启动风速时，风电系统进入发电状态。电压传感器l时刻检测三相风力发电机线电压U·的大小，把电压数据值传人DSP处理器。可设定三相线电压L，，的工作电压范围值，当风速突然增大导致电压突然增加超出上限值U-—时，可通过接通卸载电阻进行能量释放，此时接通启动光能发电系统，待风速稳定后，电压U-在工