风力发电系统逆变器探究

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1、风力发电系统逆变器探究摘要：介绍了小型风力发电系统逆变器的电路组成和工作原理，按电路设计指标完成了各部分的设计和参数计算。并建立仿真模型，对实验结果的电流、电压和总谐波失真进行了对比分析，结果表明本文设计的单相正弦波逆变器是可行的。关键词：逆变；Boost升压；LC滤波；THD中图分类号：TM315文献标识码：A1概述风力发电是风能的主要利用形式，正弦波逆变技术在风力发电系统中是一个极其关键的技术。所以，正弦波逆变技术的性能直接决定着风力发电系统的推广和应用[1-3]o本文研究设计了逆变系统的主电路，并就各部分进行了设计计算，最后对所设计电路进行了仿真，

2、对电路的电流、电压波形和总谐波失真进行了对比分析。2主电路的技术指标及组成2.1电路的技术指标输入电压：单相AC220V,50Hz输出电压：220V输出功率：lkW频率变化范围：0—400Hz整机效率：T1±802.2主电路的组成图1系统主电路图图1为系统的主电路图。主电路由电容滤波的不可控整流电路，Boost升压电路，桥式逆变电路和输出滤波电路组成。图2为单相桥式不可控整流电路。直流电压平均值，由电路设计指标得：整流电路的等效电阻为：(1)(2)输出电流平均值为：(3)在稳态时，流经电容的电流在一周期内的平均值为零，由得出：(4)在一个电源周期中流过某

3、个二极管的电流平均值为：(5)故二极管承受的电流为2.5Ao二极管承受的电压为电源电压的最大值，即(6)考虑裕量为1.5倍，故二极管承受的最大电压为。由于输出电压uD不是恒定的直流电压,uD中除直流平均值UD外,还含有谐波电压。因此，必须在整流电路的输出端与负载之间接入LC滤波器。图2中R为负载等效电阻。根据(7)其中，得：086nF,取电容值为lOOuF。考虑裕量2倍，电容承受的最大电。因此耐压值400Vo3Boost升压环节设计为了分析问题的方便，将Boost电路输入、输出电压分别用和表不，其中，。2.1Boost变换器电路原理Boost变换器又叫升

4、压变换器、并联开关电路或开关型升压稳压器［4］。线路如图3-4所示。设开关动作周期为Ts,接通时间为Ton,关断时间为Toff,,接通时间占空比为Do从t=0到Ton=DTS期间，其增益为(8)从t二Ton到TS的Toff期间，其增益为(9)Boost型电路在期间，电感电流的增加量等于期间电感电流的减小量，即。由式(8)和式(9)可得：(10)3.2占空比计算由于输出电压为(11)所以占空比为(12)2.3储能电感和电容的设计计算3.3.1电感L1的设计计算(1)L1计算公式推导关开管T导通，二极管D截止，线性上升时的增益为(13)其中为开关频率开关管T

5、阻断，二极管D导通，线性下降，其增益为(14)为开关频率电感电流的变化量为(15)Boost型电路中，二极管D的电流平均值等于输出电流平均值。电感电流临界连续是二极管D的电流平均值为(16)因此，电感电流连续的临界条件为，将的表达时代如此关系式中，可得化简得：(17)(2)L1参数计算由于整机效率为，输出功率为，开关频率为。所以输入功率为(18)电流为(19)考虑裕量(2倍左右)，承受的最大电流为。电感为(20)因此，选取电感的电感值为，电流为。3.3.2电容C1的设计计算输出电压脉动等于开关S导通期间电容向负载放电引起的电压变化量，放电电流为。(21)

6、由于要求电压纹波，故化简得(22)考虑裕量(2倍左右)，承受的最大电压为所以，选取电容的电容值为Cl=16uF,耐压值。3.3.3IGBT管和二极管的设计计算通过T和D的电流最大值和与电感电流最大值相等，即(23)考虑裕量(2倍左右)，承受的最大电流为，T和D截止时所承受的电压和均为输出电压，即考虑裕量(3倍左右)，承受的最大电压为：。4全桥逆变环节设计3.1全桥逆变的基本原理图4桥式变换器电路图4为桥式变换器的主电路。桥对角的两个绝缘栅双极晶体管(IGBT管)作为一对，成对的桥臂同时导通，交替各导通180度［4］。3.2全桥逆变电路参数计算2.2.1I

7、GBT管的选取根据交流电网电压和IGBT额定电压关系，因为交流电网电压为220V,所以取IGBT的额定电压为600Vo流过IGBT的电流额定值可按下式估算：(24)2.2.2二极管的选取逆变电路中，由于二极管和IGBT管的电压和电流几乎相等。所以选取二极管额定电压600V,额定电流25A。5输出滤波环节的设计LC滤波器的一般形式是一个由LC组成的无源网络，其工作原理是串联的LC电路在基频下呈串联谐振状态。在理想状态下，对基波不产生压降，对高次谐波则是高阻抗，抑制高次谐波电流［5］。滤波器截止频率通常在100-400HZ左右。所以选用200Hzo由于额定负

8、载电阻为(25)若取则可得(26)(27)考虑裕量(2倍左右)，承受的最大电流为