开关磁阻风力发电功率控制技术研究

论文摘要

作为可再生、无污染的能源-风能,越来越成为世界新能源的一个重要的发展方向。发电机是风力发电系统中是将机械能转换为电能的关键组成部分,直接影响风电系统的转换系能。开关磁阻发电机结构简单、易维护等优点,可以应用于风力发电等恶劣环境。另外在低风速下,其他发电机不能正常启动,需要在风力机和发电机之间安装齿轮箱,给系统维护带来了困难。本文对开关磁阻发电机（Switched Reluctance Generator, SRG）在风力发电场合的应用展开研究,在查阅大量文献资料的基础上,提出开关磁阻发电机作为直驱式风力发电机的优点、国内外的研究成果、以及研究的意义。其次,阐述了SRG的工作原理,在实际运行过程中,对SRG的相电流进行解析,对磁链-电流进行分析。从使SRG输出功率最大化的角度来设计参数和控制变量,并提出模糊逻辑算法来抑制电压脉动。再次,在MATLAB中建立SRG的仿真模型,在不同的电流滞环环宽下,得出了相电感、相电流、相电压和位置角度的波形。同时也对模糊逻辑算法在抑制电压脉动上仿真,结果表明该方案优于传统的PI控制。最后,在分析现有的功率追踪算法的前提下,提出一种新型的变步长控制算法,在仿真中验证该算法具有追踪功率时的快速性和在最大功率点时的稳定性。并搭建实验平台,验证了该算法的正确性和可行性,给SRG风电系统的研究提供了一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外风力发电系统的发展与现状
• 1.2 常见风力发电机简述
• 1.3 开关磁阻发电机风力发电
• 1.3.1 开关磁阻风力发电机的研究现状
• 1.3.2 开关磁阻发电机作为风力发电的优点
• 1.4 本文的研究内容及重点
• 第2章 SRG 工作原理
• 2.1 SRG 系统的基本结构
• 2.2 SRG 工作模式
• 2.3 SRG 相电流的线性分析
• 2.3.1 相电感L 和转子角度关系
• 2.3.2 SRG 发电运行机理
• 2.3.3 SRG 发电能量分析
• 2.4 SRG 运行方式
• 2.5 求解相电流微分方程
• 本章小结
• 第3章 SRG 输出功率和电压控制研究
• 3.1 SRG 能量转换分段分析
• 3.2 SRG 能量损耗
• 3.3 影响SRG 输出功率参数和控制变量
• 3.3.1 开关角对SRG 输出功率的影响
• 3.3.2 直流母线电压和轴速度对SRG 输出功率的影响
• 3.4 SRG 控制参数的设定
• 3.5 SRG 模糊逻辑电压控制
• 3.5.1 SRG 电压控制原理
• 3.5.2 SRG 电压控制系统简介
• 3.5.3 模糊逻辑控制器
• 本章小结
• 第4章 SRG 最大风能追踪
• 4.1 风力机特性
• 4.2 SRG 风力发电系统在不同风速下的控制策略
• 4.2.1 中低速的控制策略
• 4.2.2 高风速控制系统
• 4.3 SRG 风电系统的电流控制
• 4.3.1 SRG 风电系统功率变换器
• 4.3.2 SRG 风电系统电流控制
• 4.4 最大风能追踪
• 4.4.1 最大风能追踪原理
• 4.4.2 最大风能追踪的方法
• 4.5 传统爬山搜索法
• 4.6 变步长爬山搜索法
• 4.7 新型变步长算法研究
• 本章小结
• 第5章 基于SIMULINK 的SRG 系统仿真
• 5.1 SRG 建模
• 5.2 SRG 建模仿真分析
• 5.3 模糊逻辑电压控制仿真并结果分析
• 本章小结
• 第6章 SRG 风电系统最优功率的建模仿真和实验
• 6.1 风力机的建模
• 6.1.1 风速模拟
• 6.1.2 风力机模拟
• 6.2 SRG 风力发电系统整体仿真
• 6.3 传统定步长算法仿真
• 6.4 新型变步长算法仿真
• 6.5 实验验证
• 6.5.1 电路电容选型
• 6.5.2 位置信号检测
• 6.5.3 控制电路板的布局
• 6.5.4 锁相环检测转速
• 6.5.5 实验测试结果分析
• 6.5.6 不同速度下输出功率实验和仿真对比
• 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 本文工作与总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果