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近年来能源和环境问题已成为制约经济发展的主要因素,开发和利用绿色新能源已经迫在眉睫。与传统集中发电相对应的分布式发电(DistributedGeneration,DG)已经受到了世界各国的高度重视,而在分布式发电能源中,光伏发电和风力发电因自身优势、且技术比较成熟,已得到了广泛的关注和发展。针对两者具有天然的互补特性,该文进行了基于风光互补的分布式发电系统的研究,目前国内大部分的研究是针对风光互补独立运行模式,主要应用在偏远地区、孤立小岛等电力未覆盖的区域,而该文的研究侧重于并网运行,同时该系统还具有独立运行的能力。主要的研究内容包括:
1.提出采用无刷直流电机来模拟风力机,用其带动永磁发电机进行发电。针对无刷直流电机存在周期性脉动,该文在模糊PI的基础上引入了重复控制,与模糊PI相比,它有效的降低了无刷直流电机的转矩脉动,提高了模拟精度。并在实验室搭建了风力机模拟平台。仿真和实验结果验证了该控制策略的可行性和有效性。
2.研究了倍频SPWM调制方式,与双极性SPWM相比,它的输出谐波含量低,同时易于加入死区时间。并且在三相SVPWM的基础上,研究了一种简单的单相SVPWM生成方法,与SPWM相比,它具有生成简单、易于数字化实现和谐波小等特点。并提出一种死区时间可变的对称调制算法,改变传统固定的死区时间,使得死区时间随有效作用时间而变化,改善了传统固定死区时间对输出波形的影响,仿真验证了此方法的有效性。
3.研究了分布式发电的智能协调控制系统,它包含三个方面的协调控制:光伏阵列的最大功率点跟踪和模拟风力机系统的最大风能捕获的协调控制、最大功率点跟踪与逆变控制系统的协调控制和基于该文提出的DSP+FPGA的控制平台的协调控制。针对风光互补的最大功率协调控制,提出一种新的可变电路结构,根据母线电压的幅值改变光伏阵列和模拟风力发电系统的串、并联模式,并提出周期性间隔扰动的最大功率点跟踪协调控制方法。
4.详细分析了基于风光互补的分布式发电系统的硬件系统设计、软件系统设计和仿真系统的设计。其中硬件系统主要包括DSP+FPGA的控制核心设计、主电路设计及器件选型、关键信号的采样电路设计等;而软件系统则主要根据该文提出的协调控制及闭环策略进行了软件编程;仿真系统设计主要是利用Matlab建立了系统的整体仿真模型,通过仿真为实际系统提供参考数据。最终搭建了小功率的分布式发电实验平台,仿真和实验结果相互吻合,从而验证了该系统设计和控制策略的可行性和有效性。