论文总字数：18952字

摘 要

在当今世界，社会繁荣，技术进步，过去以煤炭和石油为主要资源的开发和利用已经逐渐减少，可再生能源开始登上历史的舞台。其中，风能作为可再生能源中最为广泛使用的一种新能源，得到了高速发展。因此，风能已普遍用于并网发电，风力发电也成为了最具有前景的一种产业。在风能发电系统中，并网模式下逆变器的运行过程是最为主要的部分。本文中，主要是基于电力系统中同步电机下垂控制的基本原理, 保证输出电压同步，再通过MATLAB中的一种可视化仿真工具Simulink搭建仿真模型，进行仿真实验，从而对并网模式下逆变器及其系统进行设计，验证其可行性及有效性。

关键词：风能；风力发电；逆变器；同步电机；下垂控制

Abstract

In contemporary world, with social prosperity and technological progress, the development and utilization of coal and oil as the main resources in the past has been gradually reduced, and renewable energy has begun to appear on the stage of history. Among them, wind energy, as the most widely used renewable energy, has developed rapidly. Therefore, wind energy has been widely used in grid-tie power generation, and wind power generation has become the most promising industry. In the wind power generation system, the operational process of grid-tie inverter is the most important part. In this paper, it is mainly based on the basic principle of synchronous motor droop control in power system to ensure the output voltage synchronization, and then through a visual simulation tool Simulink in MATLAB to build a simulation model and carry out simulation experiments, so as to design the grid-tie inverter and its parallel system and verify its feasibility and effectiveness.

Keywords: Wind Energy, Wind Power Generation, Inverter, Synchronous Motor, Droop Control

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 5

1.1 风力发电 5

1.1.1 风力发电简介 5

1.1.2 风力发电主要类型及其特点 6

1.1.3 风力发电系统工作原理 6

1.2 分布式发电 7

1.2.1 分布式发电简介 7

1.2.2 分布式发电现状 7

1.3 微网 8

1.3.1 微网简介 8

1.3.2 微网研究状况 9

1.4 本文研究的主要内容 10

第二章 并网逆变器系统分析 11

2.1 下垂控制 11

2.1.1 下垂法简介 11

2.1.2 下垂法原理 13

2.2 并网模式 14

2.2.1 并网模式简介 14

2.2.2 对于并网模式的简单分析 15

2.3 基于下垂控制的三相全桥逆变器 16

2.3.1 对于三相全桥逆变器的简介 16

2.3.2 三相电压源型逆变器的结构模型 17

第三章 并网逆变器仿真与实验 19

3.1 微网运行原理和基本结构图 19

3.2 搭建仿真模型 20

3.3 实验分析和结果 22

3.4 最后总结 23

第四章 结束语 24

致谢 25

参考文献 26

第一章 引言

1.1 风力发电

1.1.1 风力发电简介

风力发电是利用风能来进行的一种发电方式。风能不具有污染性，也不会有资源耗尽的问题出现，化石能源往往独立于风能使用，不用于城市化，所以不会污染环境，影响人类的健康，有许多环境效益。风能已经开始引起世界的关注，当今世界，许多国家的风力发电技术水平都在不断提升，而且也是每一个国家抱有的一大非常好的希望。当前，风力发电技术在全球大多数国家已趋于成熟，并且拥有良好的发展前景。^[1]

上世纪七十年代以来，美国开始着力研究风能，因此政府制定了两个能源计划，致使各大高校学府和研究机构都开始投入金钱，开始探索和开发风能的潜力，到目前为止，美国的风能生产量占全球的20%左右，处于世界第一，并且遥遥领先他国。德国也是紧跟于其后的国家，位于世界第二，发展速度持续提高。其余大部分欧洲国家也都在不断增加风能产量，提高风能的利用率，并将风能作为可再生能源中的主要能源使用。

我国在60年代初开始研究小型风力发电机，由于当时技术落后，小型风力发电机在试验中常常遭受许多困难。到了70年代中期，我国已经开始大力发展各种发电机。到了上世纪八十年代初，经过国家政策改革和调整，中国把风力发电这一方面作为首要科研目标，这样提高了中国的教育化进程，研制出了大规模的高能发电机，在2008年，中国发电机驱动的风力涡轮机发展迅速，而且储能非常高。而在上世纪末，中国第一次开始相关研究工作，有多达上万吨的垃圾材料和固体废料用于研究，这已经开始了实心式和快速风力涡轮机及其关键部件连接的实现。

风能技术的研究可以帮助中国许多相关缺陷的完善，并保证正常进行发展，甚至还能抵消世界各国能源产业所存在的薄弱环节，保持各国经济良性循环。当今，全球资源消耗过多过快，环境严重污染等问题频繁出现，因此大量的风能资源对人类的当前或是今后的生活提供了巨大的保障。近年来随着热能技术的不断发展，还有许多问题都可以很好且高效地解决，而且不会留下任何后遗症。因此，长期研究风力发电技术，对于发展风电设备、解决能源危机、环境保护等具有重要意义。^[2]

1.1.2 风力发电主要类型及其特点

风力发电类型主要有水平轴风力发电、垂直轴风力发电、双馈型发电。

水平轴风力发电理论上分为升力型、阻力型。风能以上升的形式使用的主要就是作为升力型，能量很大，传输速率很高，广泛应用于大型电网中。现在，世界上许多国家的人正在大力研究前一种发电。在升力发电中，轴的顶端往往与许多风力发电机的风车相接。当人们调整风向时，它就可以顺利工作了。由于风力发电机很小，所以在风力设备上很长一段时间都使用轮式驱动器。对于有些少数大型风力发电机，风力控制装置中经常使用风力传感器和其他一些服务发动机。风力机可分为顺风风力机和逆风风力机。对于不同的风向，风力机的风轮是搭在塔的不同位置。风机有很多种形式，有的有一些风车，有的有一些涡轮，有的还有大量叶片。有些人认为风车周围的自发性比高速气流好。

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