独立运行小型风力发电系统的研究

论文摘要

风能和负载具有随机性和不确定性,本文提出的负载跟踪和充放电集成控制方法有利于提高独立运行小型风力发电系统的可靠性及实现系统优化运行,具有重要的理论意义和实际应用价值。本文综述了风力发电及其控制技术的发展状况,论述了小型风力发电系统的基本组成、工作原理及风力机、发电机、蓄电池等各组成部分的运行原理;在分析现有结构的基础上,提出了包括不可控桥式整流器和Buck变换器的系统结构。这种结构有利于实现负载跟踪和充放电集成控制,且具有结构简单、可靠性高等优点;给出了支持功率控制策略且结构简单的小型风力发电系统结构,它包括风力机、永磁同步发电机(PMSG)、二极管整流桥、Buck变换器、蓄电池、逆变器和控制器;在分析风力机、负载和蓄电池工作状态的基础上,提取出集成控制系统的工作模式,给出了基于直流侧电压、电流确定工作模式的检测方法及各种工作模式之间的转换关系;给出了实现集成控制系统工作模式相应的控制策略,主要包括最大功率控制、负载跟踪和蓄电池充放电控制、运行保护控制;在分析系统工作原理基础上,建立系统部件的数学模型及系统完整的仿真模型,并给出了风力机输出功率与Buck变换器占空比特性曲线的模拟结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 风力发电研究的背景和意义
• 1.2 全球风电产业的发展现状
• 1.2.1 全球风力发电
• 1.2.2 世界风力发电设备产业状况
• 1.2.3 各国对风电的鼓励政策
• 1.2.4 世界风电技术的发展
• 1.3 国内风力发电
• 1.3.1 国内风力发电现状
• 1.3.2 国家政策
• 1.3.3 我国风电设备制造产业现状
• 1.3.4 国内风力发电存在的问题
• 1.4 小型风力发电系统
• 1.4.1 小型风力发电系统存在的问题
• 1.4.2 课题的目的和意义
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第二章 变速恒频风力发电技术
• 2.1 风力机及其运行特性
• 2.2 风力发电系统介绍
• 2.3 风力发电系统主要类型
• 2.3.1 定桨距失速调节型风力发电机组
• 2.3.2 变桨距调节型风力发电机组
• 2.3.3 主动失速调节型风力发电机组
• 2.3.4 变速恒频风力发电机组
• 2.4 变速恒频风力发电技术
• 2.4.1 恒速恒频风力发电技术
• 2.4.2 变速恒频风力发电系统
• 本章小结
• 第三章 设计方案的提出及负载跟踪和充放电集成控制
• 3.1 控制要求
• 3.2 集成控制系统结构
• 3.2.1 现有的系统结构
• 3.2.2 本文提出的系统结构
• 3.3 工作模式及其转换
• 3.3.1 系统工作模式
• 3.3.2 工作模式之间的转换
• 3.4 集成控制策略
• 3.4.1 最大功率控制
• 3.4.2 负载跟踪控制
• 3.4.3 蓄电池充电控制
• 3.4.4 运行保护控制
• 本章小结
• 第四章 独立运行小型风力发电系统原理及设计
• 4.1 系统组成与原理
• 4.1.1 系统结构
• 4.1.2 功率调节原理
• 4.1.3 效率分析
• 4.2 主要部件选择
• 4.2.1 风力发电机安装容量
• 4.2.2 蓄电池容量
• 4.3 电力变换单元
• 4.3.1 整流器
• 4.3.2 DC/DC 变换器
• 4.3.3 逆变器选择
• 4.4 系统控制电路
• 4.4.1 控制芯片
• 4.4.2 检测电路
• 4.4.3 驱动电路
• 4.5 控制器软件设计
• 4.5.1 主程序
• 4.5.2 中断服务程序及子程序
• 4.5.3 工作模式子程序
• 本章小结
• 第五章 系统建模及仿真
• 5.1 系统部件建模
• 5.1.1 风力机模型
• 5.1.2 永磁同步发电机模型
• 5.1.3 蓄电池模型
• 5.2 运行特性模拟
• 5.2.1 系统仿真模型
• 5.2.2 建立系统仿真模型
• 5.2.3 建立控制策略仿真模型
• 5.2.4 综合系统模型
• 5.3 仿真结果
• 5.3.1 Buck 电路仿真结果与分析
• 5.3.2 滤波器的仿真结果与分析
• 5.3.3 发电机输出功率与占空比特性曲线
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢