开关磁阻风力发电系统建模与研究

论文摘要

随着能源问题和环境问题的日益突出,作为一种清洁的可再生能源,风力发电越来越受到人们的重视,同时,风力发电技术也成为各国学者竞相研究的热点。本文主要围绕开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)在风力发电领域中的应用,展开了较为全面的从理论研究到仿真分析的探索。首先,本文结合大量的文献资料,全面总结和分析当前风力发电及风力发电技术的发展现状和前景。提出开关磁阻电机适于风力发电的几大优势,进一步明确开发开关磁阻电机风力发电系统的意义。其次,对开关磁阻发电机系统(Switched Reluctance Generator System,简称SRG)的结构及工作原理进行阐述。介绍了SRG的两种工作模式,对SRG自励建压特性进行理论分析:讨论了SRG的各种数学模型;系统、深入地研究了SRG发电运行的控制方式;对开关磁阻风力发电系统的结构及控制方案进行探讨。其三,建立了SRG系统的数学模型,在此基础上用Matlab/Simulink仿真软件建立了SRG系统的非线性仿真模型,对SRG采用电流斩波控制方式;通过仿真,验证了SRG非线性模型的正确性,验证了在不同风力驱动下SRG能输出稳定电压,实现变速恒频风力发电,为风力发电提供有效的手段和工具。其四,提出了基于模糊自适应PID控制的SRG输出电压优化策略。针对常规PID控制的SRG输出电压性能差的缺点,在Matlab/Simulink中建立基于模糊自适应PID控制的SRG动态仿真模型。仿真结果证明:基于模糊自适应PID控制的SRG输出电压超调减小,输出电压平稳,在驱动转矩变化时,输出电压波动减小,由此提高了系统鲁棒性,得到更好的发电性能。其五,提出了基于电容滤波器优化的SRG输出电压脉动抑制的方法。该方法整个系统简单可靠,容易实现,在SRG速度变化大时电压脉动抑制效果也很好。仿真结果获得了一些有用的结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外风力发电简述
• 1.2 发展风电是实现我国能源可持续发展的现实选择
• 1.3 风力发电技术研究现状
• 1.4 本论文的主要内容
• 1.4.1 开关磁阻发电机适于风力发电的几大特点
• 1.4.2 模糊自适应控制策略
• 1.4.3 本论文的主要内容
• 第2章 开关磁阻发电机基本结构及工作原理
• 2.1 开关磁阻发电机
• 2.1.1 开关磁阻发电机的基本结构
• 2.1.2 开关磁阻发电机的工作原理
• 2.1.3 开关磁阻发电机的特点
• 2.1.4 开关磁阻发电机系统的研究方向
• 2.2 开关磁阻风力发电系统的基本结构与工作原理
• 2.3 开关磁阻发电机的发电模式
• 2.3.1 SRG 两种发电模式介绍
• 2.3.2 SRG 自励磁机理
• 2.4 开关磁阻发电机的控制方案
• 2.4.1 角度位置控制（APC）
• 2.4.2 脉宽调制控制（PWM）
• 2.4.3 电流斩波控制（CCC）
• 2.5 SR 电机发电运行的工作特点
• 第3章 开关磁阻发电机的基本方程和数学模型
• 3.1 引言
• 3.2 SRG 的基本方程式
• 3.2.1 电路方程
• 3.2.2 机械方程
• 3.2.3 机电联系方程
• 3.3 SRG 的数学模型
• 3.3.1 开关磁阻发电机线性模型
• 3.3.2 开关磁阻发电机准线性模型
• 3.3.3 开关磁阻发电机非线性模型
• 第4章 开关磁阻风力发电机非线性模型建模与仿真
• 4.1 仿真软件Matlab／Simulink 简介
• 4.1.1 Matlab 简介
• 4.1.2 Simulink 简介
• 4.2 开关磁阻风力发电机非线性模型的建立
• 4.2.1 SRG 总体控制方案
• 4.2.2 SRG 非线性仿真模型
• 4.3 仿真结果分析
• 4.3.1 风速与转速以及风力驱动转矩的相互关系
• 4.3.2 仿真分析
• 4.4 结论
• 第5章 基于模糊自适应PID 控制的开关磁阻风力发电系统研究
• 5.1 模糊控制的理论基础
• 5.1.1 模糊控制理论的发展及其特点
• 5.1.2 模糊控制系统的组成
• 5.1.3 模糊控制系统的设计
• 5.2 基于模糊自适应PID 控制器的SRG 结构
• 5.3 模糊自适应PID 控制器的设计
• 5.4 仿真分析
• 5.5 结论
• 第6章 基于电容滤波器优化的 SRG 输出电压脉动抑制研究
• 6.1 SRG 输出电压纹波分析
• 6.2 电压反馈调节器
• 6.3 电容滤波器优化
• 6.4 仿真模型建立
• 6.5 仿真结果分析
• 6.6 结论
• 总结与展望
• 一.本文总结
• 二.展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果