本 科 生 毕 业 设 计（论 文）
题 目：
姓 名：学 号：指导教师：班 级：所在院系：
开题报告 风力发电逆变电源的设计
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冯引安 电气083 电气与信息工程学院
毕业设计（论文）开题报告表
课题名称 课题来源 学生姓名 风力发电逆变电源的设计 教师拟定 课题类型 工程技术研究类 指导教师 李杰 学 号 200806010305 专 业 冯引安 电气工程及其自动化 课题的研究意义以及国内外发展状况： 1. 课题的研究意义： 随着能源消费的增长、生态环境的日益恶化和人类环保意识的提高，世界各国都在积极寻找一种可持续发展目无污染的新能源。风能作为一种高效无污染的新能源，一种未来世纪常规能源的替代品，尤其受到人类的重视。从日前来看，风能并网发电技术是最有发展前途的，成为了可再生能源应用的主流。 随着工业和科学技术的发展，包括市电电源在内的所有原始电能质量可能满足不了用户的要求，而现代逆变技术作为电力电子技术中的一个重要组成部分，在提高电能质量方面有着重要的作用。能源开发，资源利用与环境保护相互协调是21世纪世界经济发展的基础。节省能源与开发新能源，提高燃料的利用率与减少燃料燃烧产生的污染已成为必须解决的重要课题。风能作为一种清洁的可再生能源，其蕴量巨大，分布面广，越来越受到世界各国的重视。风力发电机因风量不稳定，必须经过整流和逆变把它变成稳定的工频交流电才能大量应用。此外，在直流电源领域，UPS，变频器等中逆变器也都有着广泛的应用前景。 另外，通过对此课题的研究设计，可以进一步的加深对逆变器的认识，将大学四年所学知识融汇，深化，接近工程实际，提高自己分析解决问题的能力，对于以后的走上工作岗位是一个很好的准备。 2.国内外发展现状： （1）国外发展现状： 风力发电在欧洲发展最快，德国的风电发展处于领先地位，在近期德国制定的风电发展长远规划中指出，到2025年风电要实现占电力总容量的25%，到2050年实现占总用量的50%的目标。另外，丹麦的风能发电已经可以满足18%的用电需求，法国也在制定风能发电的长远发展规划。同时亚洲的风电也保持较快的发展势头。其中印度积极推动风能发展，积极鼓励大型企业进行投资发展风电，并保持实施优惠激励风能制造基地，目前印度已经成为世界第5大风电生产国。据欧洲风能协会和绿色和平组织签署了“关于2020年风电达到世界电力总量的12%的蓝图”报告，2020年全球风力发电装机将达到12.31亿千瓦，是2002年世界风电装机容量的38.4倍，年安装量达1.5亿千瓦，风力发电量将占全球发电总量的12%。 （2）国内发展现状： 我国是世界上风力资源较为丰富的国家之一，全国可开发利用的风能约2.5亿千瓦。有沿海(山东、浙江、福建、广东)和东北至西北(包括内蒙古、、甘肃)两大风带，风的质量很好，为开发风力发电提供了基础环境和条件，因此我国也在大力提倡风力发电。我国从70年代开始进行并网风力发电的尝试。早期，山东，等地引入国外风力发电机组开始我国风电场的运行试验与示范。1997年在国家有关优惠和国家计委“成风计划”的推动下，年总装机容量跃至10.88万千瓦。总的来说我国风能并网发电已经走过了30年历程，但是跟国外相比，我国装机容量仍然偏低，并且从设备制造水平来说还未走出“试验”阶段，但是同时也看出我国风电潜力巨大。 随着风电技术的日趋完善，已经形成一种富有活力的新兴产业，并向产业化、设备大型化、设备实用化、取能高度化、成本低廉化和开发多元化等方向发展。 研究内容、方法、手段及预期成果 1、研究内容： 本次设计以逆变为核心，在风力发电电源的使用中， 并网逆变器是关键装置。目前， 逆变装置的研究主要集中于DC/DC 和DC/AC 两级能量变换结构，前级为升压斩波器，后级为全桥逆变器。前级DC/DC 变换环节调整同步风力发电机组的工作点使其跟踪最大功率点； 后级DC/AC 逆变环节是系统设计的关键，其主要功能是使输出电流与电网电压同相位，同时获得较高的功率因数。其系统框图如下图1-1所示： SPWM波产生电路 驱动电路 DC/DC电路 逆变电路 变压电路 电压保护电路 故障报警电路 过温保护电路 过电流保护电路 检测电路 整流 图1-1 风力发电逆变电源系统框图 2、研究的方法以及手段： 以IGBT驱动电路为核心，结合学习升压斩波、全桥逆变、等典型电路，设计一个风能电源逆变装置。 研究方法和步骤： （1）了解并掌握电力电子中逆变的概念与原理，并学习升降压的原理； （2）查阅资料，了解芯片UC8010的原理及其主要特点； （3）复习自动控制及一些常用的滤波电路； （4）学习逆变电路、升压斩波电路、闭环控制、滤波等在该课题中的应用与联系； （5）设计系统框架图； （6）在Protel中画出其电路图，进行仿真； （7）进行实物制作； （8）进行电路联调。 3、研究的预期成果： （1） 实现直流到交流的转化：其主要采用DC/AC，即全桥逆变器， 逆变环节是系统设计的关键，其主要功能是使输出电流与电网电压同相位，同时获得较高的功率因数； （2） 实现滤波环节：其滤波环节主要有高通、低通、带通滤波等； （3） 实现控制环节：其控制环节，采用PI控制和重复控制相结合的控制策略，以实现并网电流与电网电压可靠同步； （4） 实现工作稳定，性能良好。 任务完成的阶段安排及时间安排： 周 次 1—2 3 4—5 6—11 12—14 15 设计（论文）任务及要求 复习电力电子及自动控制等课程学习的知识，并搜集资料 整理思路，编写开题报告 画出系统框架并设计各个模块电路图 应用Protel99se绘制控制系统原理图，并用Multisim仿真 电路的连接与调试（包括DC/DC、DC/AC、滤波、控制等模块的连接与调试） 论文定稿，印制，做答辩准备 参考文献： [1] 王兆安，黄俊.电力电子技术[M]. 北京：机械工业出版社.2007. [2] 叶斌.电力电子应用技术[M].北京：清华大学出版社.2006. [3] 杨荫福.电力电子装置及系统[M].北京：清华大学出版社.2007. [4] 刘凤君.现代逆变技术及应用[M].北京：电子工业出版社.2006 . [5] 黄石生.逆变理论与弧焊逆变器[M].北京：机械工业出版社.1995. [6] Vijay Ksood著 徐政译.高压直流输电与柔性交流输电控制装置—静止变换器在电力系统中的应用[M] 北京：机械工业出版社.2006. [7] 王承熙，张源.风力发电[M] 北京：中国电力出版社.2003. [8] 韩祯祥.电力系统分析[M] 浙江：浙江大学出版社.1997. [9] 王长贵，王斯成.太阳能光伏发电实用技术[M] 北京：化学工业出版社.2005. [10] 沈辉，曾祖勤.太阳能光伏发电技术[M] 北京：化学工业出版社.2005. [11] 赵负图.DSP处理器和微控制器硬件电路[M] 北京：化学工业出版社.2006. [12] 梁海浪.DSPIC数字信号控制器C程序开发及应用[M].北京：北京航空航天出版社.2006.
