訪問學(xué)者-武文虎-家用風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)(1)

1、家用風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名：武 文 虎 學(xué) 號(hào)：3720169017 類 別：國(guó)內(nèi)訪問學(xué)者 訪學(xué)專業(yè)：電氣工程 所學(xué)專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論 研究方向：高壓永磁電機(jī)設(shè)計(jì) 導(dǎo) 師：柴 森 春 目 錄1.前言12.設(shè)計(jì)任務(wù)22.1設(shè)計(jì)目的22.2設(shè)計(jì)要求23.設(shè)計(jì)方案24.發(fā)電機(jī)組選型25.蓄電池選型56.控制電路選型76.1三相不可控整流96.2變換電路116.3逆變分析157.總體分析178.總結(jié)189.參考文獻(xiàn)181. 前言目前，在農(nóng)村牧區(qū)及偏遠(yuǎn)山區(qū)等地區(qū)由于地理位置、氣象條件及運(yùn)營(yíng)成本等綜合因素導(dǎo)致電力供應(yīng)緊張。風(fēng)電具有高效、安全、清潔等優(yōu)點(diǎn)，是最具發(fā)展?jié)摿Φ哪茉?。目前我?guó)電力、煤炭、石

2、油能源供應(yīng)緊缺，供求矛盾突出，為減少傳統(tǒng)能源開發(fā)，為后代兒孫留下生存空間，國(guó)家把可再生能源發(fā)展，尤其風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展放到可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略位置上。20世紀(jì)末，風(fēng)電發(fā)展利用在全球迅速興起。風(fēng)電技術(shù)成熟，發(fā)電機(jī)總裝機(jī)容量一直呈快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭。中國(guó)風(fēng)電“十一五”年均增長(zhǎng)143.4%。2006年中華人民共和國(guó)可再生能源法實(shí)施，風(fēng)電迎來政策利好。2008年達(dá)到1220萬kW，提前兩年完成“十一五”的風(fēng)電計(jì)劃；2009年上海東海大橋風(fēng)電場(chǎng)3臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，全年裝機(jī)容量達(dá)到2580萬kW；2010年風(fēng)電新增裝機(jī)1893萬千瓦，累計(jì)裝機(jī)容量4473萬千瓦，雙雙超過美國(guó)躍居世界第一位。至2011年年底，全國(guó)累計(jì)

3、裝機(jī)容量已達(dá)到6500萬千瓦。到2015年，全國(guó)總裝機(jī)容量達(dá)到1億kW。全國(guó)裝機(jī)容量迅速增長(zhǎng)，技術(shù)水平不斷提高，為中小型風(fēng)電及控制器發(fā)展提供了良好的外部環(huán)境及技術(shù)基礎(chǔ)。風(fēng)力發(fā)電由于就地取材，消除了地理位置、氣象條件及運(yùn)營(yíng)成本等影響電力傳輸?shù)南麡O因素，使得其在農(nóng)村牧區(qū)及偏遠(yuǎn)山區(qū)等具有很好的市場(chǎng)。目前，市場(chǎng)主要風(fēng)力發(fā)電為高壓大功率風(fēng)力發(fā)電，且主要應(yīng)用于電網(wǎng)并網(wǎng)。低壓小功率風(fēng)力發(fā)電在市場(chǎng)上屬于推廣階段，主要問題為需考慮家用容量且保證電壓穩(wěn)定可靠。2. 設(shè)計(jì)任務(wù)2.1設(shè)計(jì)目的1) 學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)，掌握其內(nèi)容。2) 利用所學(xué)知識(shí)，能夠制定系統(tǒng)設(shè)計(jì)。2.2設(shè)計(jì)要求1) 設(shè)計(jì)一種家用風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，要

4、求輸出電能用于蓄電池充電，且蓄電池能量能夠提供負(fù)載正常工作。其中負(fù)載包括：電視機(jī)、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱等220V交流電源；2) 蓄電池存電與負(fù)載工作能夠同時(shí)進(jìn)行。3) 蓄電池不會(huì)逆向于發(fā)電機(jī)工作。4) 使用地區(qū)：廣西白龍尾。3. 設(shè)計(jì)方案由設(shè)計(jì)要求分析，電路主要包含以下幾方面：1) 考慮蓄電池組為直流電源，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電源為交流電源，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)與蓄電池之間需進(jìn)行整流。2) 考慮負(fù)載需求為交流電源且風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出交流電源不穩(wěn)定，應(yīng)蓄電池組進(jìn)行逆變以供應(yīng)負(fù)載運(yùn)行。3) 蓄電池組作為儲(chǔ)能元件，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)不做功或做功很小時(shí)，蓄電池不向風(fēng)力發(fā)電機(jī)做功，應(yīng)考慮整流的可控性。4. 發(fā)電機(jī)組選型小型

5、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本設(shè)備。從能量轉(zhuǎn)換的角度看，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括小型風(fēng)力機(jī)和小型發(fā)電機(jī)兩大部分。小型風(fēng)力機(jī)的功能是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。小型發(fā)電機(jī)的功能是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。本設(shè)計(jì)只涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)選型。小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)合理的功率匹配對(duì)保證系統(tǒng)的可靠性是非常重要的。一般來說，在考慮系統(tǒng)功率匹配問題時(shí)應(yīng)該考慮的主要因素有：(1)用電負(fù)荷的特征。主要是指用戶的最大用電負(fù)荷和平均日用電量。其中最大用電負(fù)荷作為選擇系統(tǒng)逆變器容量的依據(jù)，而平均日用電量則是選擇小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率和蓄電池容量的依據(jù)。(2)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)能資源狀況。要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際的風(fēng)能分布情況來確定小型風(fēng)力發(fā)系統(tǒng)的參數(shù)。不言而喻，

6、購置風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的目的是為了解決用電。所以，當(dāng)我們選擇風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電量是否能滿足用電量的要求。估計(jì)家用電器的用電量，可以用電器設(shè)備銘牌標(biāo)定的電功率（k）乘以平均每天使用的時(shí)間（），即為它的平均日耗電量。常用家用電器日耗電量的參考值如表所示。表1 常用家用電器日用電量參考表用電設(shè)備額定功率kW平均日使用時(shí)間h日用電量kW.h照明燈20W40.0860.48家用彩電0.1160.66洗衣機(jī)0.120.50.06油煙機(jī)0.0360.18空調(diào)1.523熱水器1.211.2根據(jù)表1分析：日總耗電量：0.48kWh+0.66kWh+0.03kWh+0.18kWh+3kWh+2.2kW

7、h=5.58kWh月總耗電量：5.58kWh30=167.3kWh年總耗電量：167.3Wh12=2007.6kWh考慮用電余量，建議發(fā)電總量1600kWh，即每天所需發(fā)電電能為：2100/360=5.83kWh。根據(jù)上述分析結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)美觀性、實(shí)用性及安全性，選用青島星光風(fēng)電設(shè)備科技有限公司的水平軸1000W風(fēng)力發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)具有：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障率極低;2)所有部件均采用常規(guī)國(guó)標(biāo)件;3)采用三相輸電滑環(huán)導(dǎo)電，無扭纜現(xiàn)象;4)使用壽命長(zhǎng)；5)發(fā)電機(jī)效率與風(fēng)能利用系數(shù)高；6)控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，詳細(xì)參數(shù)見表2所示。表2 NE-400V參數(shù)表序號(hào)項(xiàng)目參數(shù)1額定功率1000W2最大功率1200w3風(fēng)輪

8、直徑2.84葉片材質(zhì)增強(qiáng)玻璃鋼5額定轉(zhuǎn)速360r/min6額定風(fēng)速8m/s7最大啟動(dòng)扭力矩0.48啟動(dòng)風(fēng)速2(m/s)9工作風(fēng)速3-25(m/s)10安全風(fēng)速50(m/s)11拉索塔架高6m12電機(jī)類型三相交流永磁電機(jī)13絕緣等級(jí)B14葉片形式3葉片高強(qiáng)度玻璃鋼15過速保護(hù)尾翼轉(zhuǎn)軸控制，自動(dòng)偏航，電磁保護(hù)由表2可見，當(dāng)額定風(fēng)速為8m/s時(shí)額定輸出功率為1000W,而風(fēng)輪的輸出功率與風(fēng)速的立方成正比。這就是說，當(dāng)風(fēng)速值有較小的變化時(shí)，輸出功率將產(chǎn)生較大的變化。根據(jù)廣西白龍尾氣象部門統(tǒng)計(jì)，該地區(qū)年平均風(fēng)速為4.8m/s，年有效風(fēng)速小時(shí)數(shù)為5181h，相當(dāng)于每天有效風(fēng)速小時(shí)數(shù)為14h。當(dāng)風(fēng)速為4.8

9、m/s時(shí)，輸出功率為：PW=(4.88)31000=216w 相當(dāng)于一天發(fā)電量為0.216kW14h=3.024kWh。即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組每天大約發(fā)電3.024kWh，未超過總耗電量5.58kWh，此時(shí)需要兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行增加輸出功率，并聯(lián)后每天發(fā)電功率約為6.048kWh，大于每天消耗功率，滿足使用要求。5. 蓄電池選型鉛酸蓄電池是獨(dú)立電源系統(tǒng)中常用的儲(chǔ)能元件，其可靠性高、容量大、免維護(hù)的特點(diǎn)都是系統(tǒng)所需要的。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)存在著一個(gè)很大的缺陷資源的不穩(wěn)定可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)電量與用電負(fù)荷的不平衡，小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)要通過蓄電池儲(chǔ)能后才能穩(wěn)定的供電，因此蓄電池容量以及蓄電池充放電控制策略的合理選擇都關(guān)系著

10、系統(tǒng)的壽命和穩(wěn)定性，本系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載的實(shí)際需要來合理的選擇蓄電池組的容量。蓄電池容量的選擇一般要遵循以下原則：首先在能夠滿足負(fù)載需要的前提下，把小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)化來的電能盡可能的存儲(chǔ)下來，要能夠存儲(chǔ)在連續(xù)無風(fēng)天氣情況下負(fù)載工作所需的電能。蓄電池容量選擇過小不能夠滿足負(fù)載的需要，蓄電池容量選擇過大，一方面蓄電池有可能長(zhǎng)期處于虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，另一方面也會(huì)造成浪費(fèi)。蓄電池容量的計(jì)算如下：QB=1000WLUByc 其中：QB為蓄電池容量（Ah）；WL為負(fù)載用電量（kWh）；UB為蓄電池的端電壓；yc為蓄電池的放電深度。由上述分析知每天消耗電能為5.58kWh，而在一般情況下，若選用的蓄電池

11、類型是深循環(huán)性的，應(yīng)該使用80%放電深度，若果選用的是淺循環(huán)類型的，應(yīng)該使用50%放電深度，現(xiàn)選用端電壓24V，放電深度50%，裕量20%的蓄電池，計(jì)算得出蓄電池容量為558Ah。每個(gè)不同的蓄電池都有它的標(biāo)稱電壓。在使用的過程中需要通過把蓄電池串、并聯(lián)起來，這樣才可以達(dá)到負(fù)載工作時(shí)所需要的標(biāo)稱電壓的值，從而提供給負(fù)載使用。在系統(tǒng)中應(yīng)用到的蓄電池的總數(shù)量的計(jì)算方法就是通過見蓄電池的串聯(lián)數(shù)目乘以蓄電池的并聯(lián)數(shù)目。蓄電池的串、并聯(lián)計(jì)算公式為：蓄電池并聯(lián)數(shù)=蓄電池總?cè)萘繂蝹€(gè)蓄電池容量；蓄電池串聯(lián)數(shù)=負(fù)載標(biāo)稱電壓蓄電池標(biāo)稱電壓。綜合以上分析，蓄電池的規(guī)格是選用2組3只并聯(lián)的12V200Ah，型號(hào)為CB1

12、22000的閥控密封鉛酸蓄電池串聯(lián)起來構(gòu)成的蓄電池組。表3 CB122000參數(shù)表標(biāo)準(zhǔn)電壓最大充電電流最大放電電流單體內(nèi)阻端子形式12V60A800A4mFP-08不同溫度下的放電容量單體充電電壓標(biāo)準(zhǔn)容量單體自放電殘余容量尺寸40 102%浮充2.270.025V循環(huán)2.450.025V200Ah3個(gè)月后90%高24cm25 100%6個(gè)月后82%長(zhǎng)26cm0 85%12個(gè)月后70%寬52cm根據(jù)鉛酸蓄電池的使用要求，蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)容量用C表示。浮充電流是3A（0.015C）；恒流充電電流是20A（0.1C）；恒流充電終止電壓是25V；放電終止電壓是22V；充電終止電壓是30V，于是說明徐電視的

13、DC/DC變換器輸出電壓需要鉗制在22V-30V的范圍內(nèi)且蓄電池的工作范圍是22V-30V。6. 控制電路選型由于風(fēng)具有不確定性和隨機(jī)性，所以在風(fēng)力發(fā)電的過程中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在進(jìn)行電能轉(zhuǎn)化的過程中，輸出的電能會(huì)出現(xiàn)頻率和電壓的不穩(wěn)定的情況。又因?yàn)樾铍姵夭荒芙o交流負(fù)載直接供電，所以需要把一個(gè)電力變換裝置連接在發(fā)電機(jī)和負(fù)載之間，這樣就可以很好的解決供電電壓和頻率的不穩(wěn)定的問題，并且輸出供交流負(fù)載使用的交流電。這個(gè)電力變換裝置由以下幾部分組成：整流器、逆變器和DC/DC變換器，系統(tǒng)流程圖見圖1所示。圖1 系統(tǒng)流程圖在實(shí)際的應(yīng)用過程中，根據(jù)不同的技術(shù)方案，構(gòu)造出不同的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。涉及到整流技術(shù)、斬波技術(shù)及

14、逆變技術(shù)等多種電力電子技術(shù)。根據(jù)所采用電力變換裝置的不同，可對(duì)應(yīng)采用不同功率變換電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。功率變換電路的硬件構(gòu)成基本上決定了電能變換的效率和系統(tǒng)的成本。參照實(shí)際的風(fēng)電系統(tǒng)，典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有不可控整流器后接晶閘管逆變器和無功補(bǔ)償型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、不可控整流+Boost電路+PWM電壓源型逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與雙PWM背靠背拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中不可控整流器后接晶閘管逆變器和無功補(bǔ)償型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)成熟，功率等級(jí)較高，成本低并且可靠性高，但由于輸入電網(wǎng)電流的諧波含量較高，在晶閘管變流器工作時(shí)需要補(bǔ)償系統(tǒng)來吸收無功功率，雙PWM方法具有較佳的性能，但其成本較高。因此，本文選用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為：三相不可控整流+Buck電路+

15、蓄電池+Boost電路+單相全橋逆變。即采用三相橋式不可控整流，將三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電，經(jīng)過Buck電路降壓對(duì)蓄電池充電，然后經(jīng)升壓逆變電路轉(zhuǎn)換成220V/50HZ的單相交流電以供負(fù)載使用。6.1三相不可控整流整流電路的作用是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電，然后對(duì)蓄電池充電。在獨(dú)立運(yùn)行的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，交流發(fā)電機(jī)是依靠風(fēng)輪的驅(qū)動(dòng)來工作的。要給系統(tǒng)中的蓄電池充電，這就需要一個(gè)整流器。在實(shí)際工程應(yīng)用中，常使用的是三相橋式整流電路。另外，在風(fēng)電支路中整流器的一個(gè)重要的功能是，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在外界風(fēng)速過小或者基本沒風(fēng)的情況下輸出功率較小，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端到蓄電池是三相整流橋二極管的導(dǎo)通方向，這樣就很好的避免

16、了蓄電池的反相供電。不可控整流器適用于小功率系統(tǒng)中。 目前，橋式不可控整流的方式在我國(guó)的離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中得到廣泛的使用，因?yàn)闃蚴诫娐酚啥O管組成，電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有功功率損耗也很低。同時(shí)，不可控模塊的功率等級(jí)可以做的很大，沒有技術(shù)障礙。三相不可控整流電路中，某條支路上的兩個(gè)二極管導(dǎo)通時(shí)，直流側(cè)輸出電壓和交流側(cè)線路上電壓最大的一個(gè)相等，這條線路上的電壓即用來給電容進(jìn)行充電，又向負(fù)載供電。電容充電結(jié)束后，如果二極管沒有導(dǎo)通，那么負(fù)載需要的電壓由電容來提供，電容上電壓下降趨勢(shì)呈指數(shù)的形式。電路圖見圖2所示。圖2 整流電路本文應(yīng)運(yùn)到的發(fā)電機(jī)組輸出的交流電壓為16V-36V，經(jīng)過整流模塊后可以得到直

17、流電壓為Ud。其中整流電路輸入、輸出電壓以及輸入輸出電流的數(shù)量關(guān)系如下：輸出電壓平均值Ud：2.34ULUd2.45UL二極管平均電流IVD：IVD=Id/3式中，Ud為整流器整流后輸出的電壓平均值；UL為發(fā)電機(jī)輸出的交流線電壓；IVD為二極管電流的平均值；Id為整流電路的直流輸出電流平均值。根據(jù)參數(shù)可以得出：Idmax=Pmax/Udmin=1200/37.44=32AIVD=32/3=21.4A二極管承受的最大反向電壓為：Udmax=2.4536=88.2V選擇二極管VD1-VD6的電壓定額并留有裕量：UVD=（2-3）Udmax=176.4-263.4V因此，考慮了電壓與電流的沖擊作用，

18、在進(jìn)行器件選取時(shí)，實(shí)際參數(shù)值應(yīng)高于理論值。該設(shè)計(jì)中整流模塊的三相整流橋封裝機(jī)構(gòu)是由六個(gè)整流二極管共同組成的，該模塊整流二極管所允許流過的電流為15A，耐壓等級(jí)為300V。濾波電容的計(jì)算與選型因?yàn)槎O管的最大反向電壓為88.2V，所以選擇160/1500uF電解電容即可達(dá)到要求。6.2變換電路直流斬波電路（DC Chopper）的功能是將直流電變換為另一種可調(diào)電壓或固定電壓的直流電，也稱為DC-DC變換器?？梢允癸L(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電壓變化范圍相對(duì)較大，以適應(yīng)電路的要求。直流斬波電路的種類較多，包括6種基本的斬波電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路、Ze

19、ta斬波電路。DC/DC變換器是通過控制器件（半導(dǎo)體開關(guān)器件）的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間長(zhǎng)短控制，再配合電感、電容或高頻變壓器等以連續(xù)改變和控制輸出將固定的直流電壓變換為可變的直流電壓的變換電路?？筛鶕?jù)不同的情況獨(dú)立調(diào)節(jié)輸出電壓，實(shí)現(xiàn)高效率的穩(wěn)定直流輸出，響應(yīng)速度快。通?？煞譃橹苯幼儞Q和間接變換兩種。兩者的區(qū)別在于前者直接進(jìn)行直流電壓變換；后者先將直流電變?yōu)榻涣麟?，?jīng)變壓器后再變換為直流電壓。 DC-DC變換器的輸入阻抗的大小可以通過控制電源的占空比來改變。這種方式可以控制風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率。因此，DC/DC變換器除了具有電壓變換的作用外，還需要實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤的功能。 6.2.1降壓

20、斬波電路(Buck Chopper)降壓斬波電路(Buck Chopper)的原理圖如圖3所示。該電路使用的是一個(gè)全控型器件Q，圖中為IGBT，也可使用晶閘管，需設(shè)置使晶閘管關(guān)斷的輔助電路。采用的周期是一定的，驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比不但是可以調(diào)制的，并且要求需要工作在開關(guān)狀態(tài)的是功率開關(guān)管的控制端。開關(guān)Q導(dǎo)通時(shí)，二極管D截止，電源通過電感向下一級(jí)傳遞能量，同時(shí)電感能量增加；開關(guān)Q截止時(shí)，要使得續(xù)流二極管D導(dǎo)通需要電感釋放能量，在此階段，把前一階段儲(chǔ)存的能量通過電感L向下一級(jí)釋放，不但要使輸出電壓變化比較平直而且電壓極性不能改變，通常串接較大的電感。圖3 Buck電路Buck電路作為主電路的一部分，根

21、據(jù)發(fā)電機(jī)輸出電壓范圍和蓄電池電壓等級(jí)來確定Buck電路的元件參數(shù)和選型。主要是將整流器輸出的直流電變換到可以為蓄電池充電的直流電。由3圖可知對(duì)于直流斬波降壓電路選擇電路器件的主要的電氣參數(shù)有：電感，輸出濾波電容、續(xù)流二極管、功率開關(guān)器件。Buck變換器工作條件：1)系統(tǒng)功率2000W，最大功率為2400W（兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)）；2)按電感電流連續(xù)模式設(shè)計(jì)，選取頻率f為20kHz的開關(guān)管工作；3)輸入電壓Ud1變化范圍為37.44V-88.2V，并且輸出電壓（蓄電池端電壓）U2d變化范圍為22V-30V；4)輸出占空比Dmin=22/88.2=0.25，Dmax=30/37.44=0.80，即占空比

22、變化范圍是0.25-0.80；5)電感電流的波紋系數(shù)范圍是0.1-0.3，波紋系數(shù)越小，對(duì)濾波電容要求越低，同時(shí)磁滯損耗也越小。設(shè)定電流波紋系數(shù)為0.2；6)額定輸出電流Ic=PN/UB=2000/24=84A，又因?yàn)锽uck電路的最大輸出電流為2400/22=110A，浮充電流為2A。Buck電流輸出電流Id2的范圍是2A-110A。根據(jù)上述條件可進(jìn)行以下分析計(jì)算;(1)選擇開關(guān)管IGBT的電壓定額并留有裕量UIGBT=(1.5-2)Ud1max=132.3-176.4V開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，流過開關(guān)管的峰值電流IIGBTmax=2Id2max=154A(2)續(xù)流二極管的通態(tài)電流定額并留有裕量IV=

23、(1.5-2)IIGBTmax=231-308A(3)電感電流連續(xù)時(shí)，濾波電感由下式確定;LUd1maxDmin(1-Dmin)/(2fId2min)=0.207mH綜合考慮取電感值為0.25mH。6.2.2升壓斬波電路（Boost Chopper）升壓斬波電路的原理圖如圖4所示。該電路也是使用一個(gè)全控型器件Q，圖中為IGBT。首先假設(shè)電感值和電容值都很大。當(dāng)開關(guān)管Q處于導(dǎo)通時(shí)，二極管D截止。電源向電感L充電，同時(shí)電容C向下一級(jí)傳遞能量。電感在此階段積蓄能量。開關(guān)管Q截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，續(xù)流二極管D的導(dǎo)通與否，是通過電感釋放能量來完成的，并且，電源和電感會(huì)共同向下一級(jí)釋放。圖4 Boost電路輸入電壓

24、與輸出電壓的關(guān)系如下：Ud2，=11-DUd1， 式中，Ud1，為Boost電路的輸入電壓；Ud2，為Boost電路的輸出電壓；D為開關(guān)管導(dǎo)通占空比。Boost變換器工作條件：1)系統(tǒng)功率2000W，最大功率為2400W（兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)）；2)按電樞電流連續(xù)模式設(shè)計(jì)，選取頻率f為20kHz的開關(guān)管工作；3)輸入電壓（蓄電池端電壓）Ud1，變化范圍為22V-30V，并且輸出電壓Ud2，為350V；4)輸出占空比Dmin=(350-30)/350=0.91，Dmax=(350-22)/350=0.94，即占空比變化范圍是0.91-0.94；5)額定輸出電流Ic=PN/UB=2000/350=5.7

25、1A，最大短路電流為2400/22=110A。最大輸出電流為2400/350=6.85A。根據(jù)上述條件可進(jìn)行以下分析計(jì)算;(1)選擇開關(guān)管IGBT的電壓定額并留有裕量UIGBT=(1.5-2) Ud2，x=525-700V開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，流過開關(guān)管的峰值電流IIGBTmax=2Id1max=154A(2)續(xù)流二極管的通態(tài)電流定額并留有裕量IV=(1.5-2)Id2max=10.3-13.7AUv=350V(3)電樞電流連續(xù)時(shí)，電感由下式確定;L=Ud1，(1-D)/(f2IV)綜合考慮取電感值為3.5mH。6.3逆變分析現(xiàn)代電氣設(shè)備大多都是交流負(fù)載，逆變器毫無疑問的成為了系統(tǒng)中不可缺少的重要組成

26、部分。依據(jù)風(fēng)力資源的特性，發(fā)電機(jī)輸出電壓、電流不穩(wěn)定。在獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，一般需要將整流后的直流電對(duì)蓄電池充電，再通過逆變器對(duì)交流負(fù)載供電。又因?yàn)檩斎胄铍姵氐某浞烹妷鹤儎?dòng)范圍較大，所以要求逆變器能在較大的直流電壓變化范圍內(nèi)工作。逆變器種類很多，按照不同的標(biāo)準(zhǔn)可以分為不同的類型。根據(jù)其結(jié)構(gòu)和使用場(chǎng)合的不同，所使用的類型也有較大的差異。通常需要考慮到的技術(shù)性能包括輸出電壓穩(wěn)定度、額定輸出容量、保護(hù)功能、整機(jī)效率、起動(dòng)性能。變器的選型主要依據(jù)為根據(jù)負(fù)載需要，逆變器容量應(yīng)大于或等于總耗電量即可逆變電路在整個(gè)風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭衅鹬匾淖饔?，在設(shè)計(jì)逆變電路時(shí)，需要選擇合適的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。常用的逆

27、變器包括電壓源型逆變器和電流源型逆變器，該風(fēng)力發(fā)電模型是實(shí)現(xiàn)對(duì)單相交流負(fù)載供電。常用的單相的逆變電路有半橋電路、全橋電路和推挽電路。它們各自有各自的特點(diǎn)，考慮到電路的帶負(fù)載能力，該系統(tǒng)的采用的單相全橋電路，單相全橋電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示，在正常的工作模式下V1和V4、V2和V3分別同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷。D1-D4為續(xù)流二極管，分別與V1-V4反并聯(lián)，其作用是當(dāng)控制信號(hào)被封鎖或者丟失時(shí)，成為反饋無功能量的通道，其通道的方向是由交流側(cè)向直流側(cè)反饋。圖5 逆變電路前級(jí)DC/DC變換采用的是直流斬波Boost升壓電路，然后再將蓄電池發(fā)出的24V直流電變換成350V的直流電。再由單相逆變電路將350V的直流電逆變?yōu)?20V/50HZ的交流電。另外，逆變器的功率應(yīng)該不小于總的耗電量。控制方法采用PWM脈寬調(diào)制方式。逆變器的后級(jí)負(fù)載部分選