CPPM混合励磁风力发电系统研究

论文摘要

随着人们对清洁能源的日益重视,风电已经成为世界上增长最快的新能源。我国是世界第二大能源消费国,每年50%的石油依赖进口,资源环境问题也日益突出,大力发展风电是必然选择。在风力发电系统中,高效率的永磁同步发电机受到人们关注。但永磁电机的气隙磁场难以调节和控制,成为永磁同步发电机推广和应用的瓶颈。近年来,混合励磁发电机,特别是CPPM混合励磁发电机受到重视。它不仅有永磁电机高效率的优点,还具有电励磁电机气隙磁场平滑可调的优点,而且无刷免维护。可以对输出电压进行控制,扩展风力发电机发电的风速范围,提高风力发电效率。本文首先对混合励磁电机的发展及其控制系统进行了综述;讨论了CPPM电机的结构和运行原理,应用等效方法建立了CPPM发电机二维仿真模型进行分析;为进一步精确计算电机的磁场分布,进行了三维磁场有限元分析,并对二维和三维仿真结果进行了对比分析;三维仿真中,着重分析了不同参数对电机磁密波形的影响,总结了不同参数和谐波次数之间的关系,为电机设计提供参考;介绍了风机特性,得到不同风速下转速和电机功率之间关系曲线,即最大功率点跟踪(MPPT)控制理论,在此基础上提出了系统结构,MPPT控制在电路上的实现原理及步骤,并借助仿真软件进行了双向励磁电路等电路设计;最后构建了试验平台并进行了试验研究。试验结果表明,CPPM发电机电压波形正弦性良好,励磁系统工作正常,电机电压调节能力强。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 我国发展风电是大势所趋
• 1.2 风力发电发展概况
• 1.2.1 国外风力发电发展现状
• 1.2.2 国内风力发电发展现状
• 1.3 风力发电技术发展现状与趋势
• 1.3.1 传统发电机
• 1.3.2 混合励磁电机研究现状
• 1.3.3 CPPM 无刷电机研究现状
• 1.3.4 混合励磁发电机系统的发展
• 1.4 课题研究主要内容和论文安排
• 第2章 CPPM 混合励磁同步发电机
• 2.1 混合励磁同步发电机的结构
• 2.2 混合励磁同步发电机基本运行原理
• 2.3 混合励磁同步发电机的特点
• 2.4 本章小结
• 第3章 混合励磁同步发电机有限元分析
• 3.1 概述
• 3.2 二维磁场仿真分析
• 3.2.1 二维空载磁场仿真分析
• 3.2.2 二维负载磁场仿真分析
• 3.3 混合励磁同步发电机三维磁场分析
• 3.3.1 三维磁场仿真
• 3.3.2 轴向磁场的影响
• 3.3.3 不同因素对气隙磁场波形的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 混合励磁风力发电硬件控制电路
• 4.1 概述
• 4.2 风机运行特性
• 4.3 基于MPPT 控制的系统结构
• 4.4 主电路设计
• 4.4.1 单片机简介
• 4.4.2 Buck 电路设计
• 4.4.3 换向电路
• 4.4.4 MOSFET 驱动电路
• 4.4.5 角速度测量
• 4.4.6 采样电路
• 4.5 其它部件选择
• 4.5.1 蓄电池
• 4.5.2 逆变器
• 4.6 本章小结
• 第5章 实验研究
• 5.1 样机及电路制作
• 5.2 实验系统构建
• 5.3 实验结果
• 5.3.1 CPPM 电机实验波形
• 5.3.2 电路调试与结果
• 5.4 本章小结
• 第6章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录