永磁直驱风力发电系统的模拟仿真及MPPT方法研究

论文摘要

风能作为可再生、洁净无污染、取之不尽用之不竭的能源,成为世界可再生能源发展的重要方向。永磁直驱风力发电机由于机械损耗小、运行效率高、维护成本低等优点而成为研究的重点机型。本文主要研究两方面内容,一是直驱风力发电系统的模拟仿真,二是最大功率跟踪方法（MPPT）。本文首先介绍了课题的研究背景及其意义,结合国内外研究现状,对比常见的拓扑结构的优缺点,指出直驱风力发电的一系列优点,是当前国内外研究的热点机型。其次,从直驱风力发电系统的运行原理出发,对永磁直驱风力发电系统进行了较为详细的理论分析,推导并给出了风速、风力机、永磁同步发电机的数学模型。在此基础上,建立了风力发电系统上述几部分的Matlab模型以及三相不可控整流+三重Boost的Matlab模型,计算了相关参数,对各部分和整体风力发电系统进行了仿真,获得了较好的效果。另外,为了方便实验室研究,开展了用直流电动机模拟风力机特性的研究工作。本文重点开展了直驱风力发电的MPPT方法研究,对比分析了三种爬山算法,通过仿真分别研究了该三种方法对功率跟踪的效果以及对系统动态和稳态特性的影响,得出改进的变步长算法（第三种）具有跟踪平稳、效率更高的结论。最后,设计和制作了三相不可控整流+三重Boost功率变换主电路,设计了以DSP为核心控制单元,编写和调试了软件。对三种功率跟踪方法分别进行了实验研究,给出了对比结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 风力发电的优势
• 1.1.2 国外风能发展情况
• 1.1.3 国内风能发展情况
• 1.2 目前风电系统存在的问题
• 1.3 直驱风力发电的发展
• 1.4 直驱风力发电系统主电路拓扑
• 1.4.1 双PWM 型变流电路
• 1.4.2 不控整流+升压斩波+PWM 逆变型变流电路
• 1.5 直驱风电系统的研究现状
• 1.6 课题的研究目的和研究内容
• 第2章 直驱风力发电系统的分析与模拟
• 2.1 风力发电的原理
• 2.2 风速模拟研究
• 2.3 风力机模拟研究
• 2.4 直驱永磁同步发电机的建模与仿真
• 2.5 本章小结
• 第3章 最大功率跟踪方法及仿真研究
• 3.1 最大功率跟踪原理
• 3.2 最大功率跟踪方法
• 3.2.1 传统爬山算法
• 3.2.2 变步长爬山算法
• 3.2.3 改进的爬山算法
• 3.3 仿真研究
• 3.3.1 直驱风力发电系统仿真
• 3.3.2 固定步长算法MPPT 仿真
• 3.3.3 变步长算法MPPT 仿真
• 3.3.4 改进的变步长算法MPPT 仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 实验系统的硬件和软件设计
• 4.1 主电路拓扑的设计
• 4.2 移相控制电路的设计
• 4.3 系统参数设计
• 4.3.1 电感的设计和选择
• 4.3.2 电容设计
• 4.3.3 开关管和二极管的选择
• 4.4 系统控制单元设计
• 4.4.1 TMS320F2407 DSP 性能简介
• 4.4.2 采样电路设计
• 4.4.3 调理电路设计
• 4.4.4 系统的软件设计及实现
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验结果及分析
• 5.1 实验平台的搭建
• 5.2 实验结果
• 5.3 实验分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介