风力发电平台的设计以及风力机模拟的实验研究

论文摘要

风能作为新型能源近年来被国家所大力提倡和支持,世界学者对它的研究日益增加,但是,由于风力发电对于风能要求的特殊性,在实验室进行风电实验研究时不可能安装风力机,在这样的情况下,采用模拟风力实验设备就成为必要的实验环节。在小功率风力发电实验当中,用直流电机模拟风力机进行风力发电实验因为其易用的控制性得到了广泛的应用。以往文献都是仅针对直流电机做理论的控制算法研究来直接进行可控性分析,本文将在具体的15kW风力发电模拟实验平台基础上,以一种简单而可靠的间接转矩控制算法和硬件搭配来进行直流电机模拟风机研究。风力机特性的直流电动机模拟本质上应是直流电动机的能量或转矩控制,而非常规的速度调节。因此正确的模拟思路应是,根据当前风速和检测的机组转速,通过风力机参数和模型计算出风力机的输出功率或转矩,然后将其作为直流电动机的控制指令间接对转矩加以控制,但是功率控制受电机转速测量的影响,故误差较大。本文在风力机模拟控制算法的理论基础上,进行了实验研究,结果验证了通过直流电机模拟风力机的特性是切实可行的,并且做了相关最大风能捕获的理论研究。除此之外,本文还应用VisualC++对整个风力发电系统的控制平台进行了软件设计,具有简洁友好的界面以及方便的操作功能。在实验的现阶段,软件主要包含了四个主要模块,分别是直流机启动分析系统,风力机特性模拟器,电流参考控制器以及退出功能,进入这四个模块可以独立的运行不同的程序模块,完成各自不同的任务。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外风电发展现状与趋势
• 1.2.2 国内风电发展现状与趋势
• 1.3 风力发电机组的控制方式
• 1.4 课题的来源及本文研究的主要内容
• 2 变速恒频风力发电理论分析
• 2.1 变速恒频风力发电技术
• 2.1.1 变速恒频风力发电原理
• 2.1.2 交流励磁变速恒频发电的主要特点
• 2.1.3 风力发电机组的运行状态分析
• 2.2 风力机基本理论
• 2.2.1 风能的获取及传递过程
• 2.2.2 风力机特性分析
• 2.2.3 定桨距风力机模型的建立
• 2.3 变速恒频风力发电的并网控制
• 2.3.1 风力发电并网技术的概论
• 2.3.2 交流励磁发电机的并网方式
• 3 最大风能追踪的研究
• 3.1 直流电机模拟风力机依据
• 3.1.1 风力机特性
• 3.1.2 直流电机特性
• 3.2 风力机特性的模拟
• 3.2.1 模拟系统方案分析
• 3.2.2 风力机模拟系统控制算法的研究
• 3.2.3 风力机的直流电机模拟方案
• 3.3 最大风能追踪控制策略
• 3.3.1 变速机组的最大风能追踪
• 3.3.2 功率控制的最大风能追踪过程
• 4 实验模拟平台的搭建
• 4.1 实验平台搭建方案设计
• 4.1.1 实验平台搭建的任务
• 4.1.2 系统总体设计
• 4.2 系统的硬件设计
• 4.2.1 风力发电系统的控制方案
• 4.2.2 系统硬件的选择与搭配
• 4.3 系统的软件设计
• 4.3.1 设计软件简介
• 4.3.2 数据采集系统的软件设计
• 4.3.3 控制平台的软件设计
• 5 实验及其结果分析
• 5.1 实验平台的组成
• 5.2 实验控制平台
• 5.3 直流电机启动分析
• 5.4 模拟风力机实验
• 5.4.1 单一风速的模拟
• 5.4.2 变化风速的模拟
• 5.5 最大风能追踪实验
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录