风-光-柴互补发电逆变系统的研究与设计
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-光-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。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]。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[5]，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，运行维护成本低；缺点是系统造价高。柴油机发电系统是在风-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-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。 |
