独立式小型风力发电机及其控制器的研究

论文摘要

风能和太阳能、水能一样,都属于绿色能源的范畴,它们具有无污染、储量丰富和使用范围广等优点。但是,相对于其他种类绿色能源来说,风能又具有较高的随机性和不确定性,在使用风力发电系统发电时,由于风能的不确定性,会使得发电的质量受到较大影响,如果负载也是时变的,则整个发电系统的控制难度就会更大,基于以上原因,使得风能的利用难度要大于其他种类绿色能源的利用。论文第一章综述了风力发电及其控制技术以及风力发电在我国的发展情况;在第二章中,主要论述了独立式风力发电系统的基本组成和各部分的作用及运行原理;论文第三章,结合对风力发电最大功率控制技术的分析和研究,详细论述了风力发电机的最佳运行原理。从风力机和发电机两个方面对风力发电最大功率点跟踪技术分别做了分析和研究,并对利用Boost电路实现风力机最大功率点跟踪进行了原理上的分析和推导;最后还提出了一种新型风力发电机模型;第四章中,作者对参与研发的小型风力发电机控制系统做了较为详细的介绍。从系统的总体设计到具体软件、硬件电路及系统其他各组成部分的设计,都给出了详细说明和介绍。第五章对全文的工作做了总结,列出了本文所取得的成果,同时,作者还针对小型风力发电系统中现存的某些问题,阐述了自己的观点和设想。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 风力发电技术发展概况
• 1.1.1 独立式风电系统和并网式风电系统
• 1.1.2 风力发电的控制技术
• 1.1.3 电力电子技术及设备和发电机
• 1.2 选题的目的和意义
• 1.3 论文的主要工作
• 2 独立式小型风力发电系统原理
• 2.1 独立式风力发电系统组成
• 2.2 独立式风电系统的运行特点
• 2.3 电能变换单元和控制单元
• 2.3.1 整流器
• 2.3.2 DC/DC 变换器
• 2.3.3 逆变器
• 2.4 蓄电池
• 2.4.1 蓄电池的分类
• 2.4.2 蓄电池的充、放电方法
• 3 风力发电最大功率跟踪技术研究
• 3.1 风力机最佳运行原理
• 3.1.1 风力机相关理论
• 3.1.2 风力发电系统的运行区域
• 3.2 最大风能捕获原理
• 3.3 最大功率跟踪
• 3.3.1 风力机
• 3.3.2 永磁发电机
• 3.3.3 Boost 电路仿真
• 3.4 现有小型风力发电机存在的问题及设想
• 3.4.1 现有小型风力发电机存在的问题
• 3.4.2 水平轴风力机与垂直轴风力机的比较
• 3.4.3 新型风力发电机模型的设想
• 4 独立式小型风电控制器的设计
• 4.1 系统总体设计
• 4.1.1 控制要求
• 4.1.2 系统工作原理
• 4.1.3 主要部件的选择
• 4.2 硬件电路设计
• 4.2.1 单片机接口电路
• 4.2.2 辅助电源部分电路
• 4.2.3 能耗负载控制电路
• 4.2.4 蓄电池充电控制电路
• 4.2.5 发电机转速检测电路
• 4.2.6 程序下载接口
• 4.2.7 负载过流保护电路
• 4.3 系统软件设计
• 4.3.1 软件开发平台
• 4.3.2 主程序
• 4.3.3 能耗负载控制子程序
• 4.3.4 蓄电池充电控制子程序
• 4.4 系统实验方案及主要结论
• 4.4.1 硬件电路测试
• 4.4.2 软件测试
• 4.4.3 实验结论
• 4.5 风力发电系统仿真
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目及发表论文
• 附图