基于Matlab/Simulink的垂直轴风力发电系统设计

论文摘要

随着温室效应的加剧和能源危机的加深,各国纷纷加强对新能源技术的投入,风能等相关技术也随之发展。近年来,随着新能源技术进一步发展和普及,小型独立式发电系统已经得到了广泛的设置和利用,且数量逐年增长。但现有的水平轴风力发电机存在着对风速要求高、噪音大、安装维护复杂等缺点,并不适用于小型风机的开发和使用。垂直轴发电机具有调试方便,对叶片要求低,不需迎风装置,运行条件宽松等特点,因此逐渐成为小型风力发电机的首选。在这个前提之下,研究小型垂直轴风力发电机具有广泛的现实意义和良好的应用前景。其中,萨窝纽斯型垂直轴风力机(Savonius)的起动转矩较大,启动性能良好,在各种风速下都能运转正常,未来将成为风力发电机中的重要组成部分。本文针对Savonius型垂直轴风力机构建了风力发电系统平台,建立的平台组成部分包括风速、Savonius型风力机、传动机构、发电机和储能模块。针对风力发电系统电能输出不稳定的特点,文章对基本的储能模块进行改造,提出了一种将超级电容与蓄电池直接相连混合储能方案,从而优化蓄电池的充电过程,延长其使用寿命。基于上述结果,利用应用Matlab/Simulink软件构建相应模型并进行仿真研究,得到了可供分析的仿真结果。同时,本文提出了用以替代12V蓄电池的基于超级电容设计的储能模块。通过计算分析得出模块的组合结构、最佳充电电流范围、充电时间以及总的输出能量。该模块其具有寿命长,不造成污染,功率和能量密度大,功能扩展容易等优点。通过对小型风力发电的储能系统的输入输出电压的测定选取相应的芯片,可以得到相应的储能模块。

论文目录

• 目录
• Contents
• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 选题背景和意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 课题研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 世界风电发展现状
• 1.2.2 风力机的分类
• 1.2.3 超级电容发展现状及前景
• 1.3 本文主要内容和章节安排
• 第二章 垂直轴风能发电机系统
• 2.1 风力发电系统
• 2.2 垂直轴风力发电机概述
• 2.2.1 垂直轴风力机
• 2.2.2 发电机概述
• 2.3 储能模块概述
• 2.3.1 蓄电池概述
• 2.3.2 超级电容概述
• 2.3.3 混合储能模块
• 第三章 风机系统的模型设计
• 3.1 风速模型
• 3.2 风力机模型
• 3.3 传动系统模型
• 3.3.1 二质量块模型
• 3.3.2 一质量块模型
• 3.4 同步发电机与永磁同步发电机
• 3.4.1 派克变换
• 3.4.2 同步发电机在dq0坐标中的数学模型
• 3.4.3 永磁同步发电机在dq0坐标中的数学模型
• 3.5 超级电容的电阻和容量公式
• 第四章 风机系统的软件仿真
• 4.1 Matlab/Simulink简介
• 4.2 相关模块介绍及模型的构建
• 4.2.1 风速模型
• 4.2.2 风力机模型
• 4.2.3 传动模块模型
• 4.2.4 派克变换建模
• 4.2.5 同步发电机模型
• 4.2.6 永磁发电机模型
• 4.3 蓄电池和超级电容储能模块模型
• 第五章 基于超级电容的储能模块设计
• 5.1 总体介绍
• 5.2 超级电容储能模块设计
• 5.3 电路构成和参数设计
• 5.3.1 充电电路
• 5.3.2 稳压输出电路
• 第六章 结论
• 6.1 主要工作
• 6.2 创新点
• 6.3 研究展望
• [参考文献]
• 个人简历及研究成果
• 致谢