开关磁阻风力发电机系统仿真及控制方案优化

论文摘要

开关磁阻电机是磁阻电机与现代电力电子技术、微机控制技术相结合的产物,它既继承了磁阻电机结构简单坚固的优点,又在高速发展的电力电子和微机控制技术的支持下获得了良好的可控性以及较高容错能力。因此,它在驱动调速领域得到了广泛的应用,同时也在发电领域得到越来越多的重视,引起了不少专家、学者的兴趣。本文以开关磁阻发电机及其控制系统为研究对象,对开关磁阻发电机运行特性及其在风力发电中的应用进行研究。对开关磁阻电机基本理论进行了非线性分析,从磁链路径的角度重点分析了开关磁阻发电机机电能量转换过程。由于开关磁阻发电机磁路存在着严重的非线性,因此其电机模型及其驱动系统的性能分析与传统电机差异较大。本文利用傅立叶级数表达式,采用一种简化磁链的方法,建立了开关磁阻发电机非线性模型,在此基础上,建立了一种新型的开关磁阻发电机整体仿真模型。在非线性模型的基础上,本文首先对开关磁阻发电机进行了仿真研究,给出了不同运行情况下的控制规律。为了使开关磁阻发电机获得优化性能,对提高开关磁阻发电机性能的控制方案进行了研究。以磁链特性为出发点,通过在线计算优化开通关断角,设计了优化控制器,取得了良好的稳态和动态性能。结合风力机特性对开关磁阻发电机最大风能捕获进行了实验研究,在实验室实现了风能最大捕获控制。最后通过DSP和CPLD全数字控制电机试验台,对开关磁阻风力发电机系统进行实验研究。通过与理论及仿真研究结果的对比分析,进一步验证了所建立非线性模型的有效性和仿真得到理论成果的正确性,同时也表明系统设计合理,具有一定实用参考价值。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 国内外风力发电现状
• 1.2 风力发电技术与风力发电机组
• 1.2.1 恒速恒频风力发电技术
• 1.2.2 变速恒频风力发电技术
• 1.2.3 变速恒频发电风力发电系统
• 1.3 SRG适用于风力发电的特点
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 开关磁阻发电机系统理论分析
• 2.1 SRG发电系统结构
• 2.2 SRG运行原理
• 2.2.1 SRG基本工作原理
• 2.2.2 SRG机电能量转换分析
• 2.3 SRG功率变换器
• 2.4 SRG控制方法
• 2.4.1 角度位置控制
• 2.4.2 电流斩波控制
• 2.4.3 PWM控制
• 3 开关磁阻发电机系统仿真研究
• 3.1 SRG简化磁链模型
• 3.1.1 磁链的计算
• 3.1.2 简化电压方程
• 3.1.3 简化转矩方程
• 3.2 SRG简化磁链模型各模块的MATLAB实现
• 3.2.1 磁链计算模块
• 3.2.2 电流计算模块
• 3.2.3 转矩计算模块
• 3.3 SRG系统仿真模块搭建
• 3.3.1 SRG本体仿真模块
• 3.3.2 功率变换器模块
• 3.3.3 控制模块
• 3.4 仿真结果及分析
• 3.4.1 磁链仿真曲线
• 3.4.2 发电运行性能曲线
• 3.4.3 自励与他励仿真结果分析
• 3.4.4 开环仿真结果
• 3.4.5 电压闭环仿真结果
• 3.4.6 故障运行仿真结果
• 4 基于在线角度位置控制的开关磁阻发电机性能优化研究
• 4.1 SRG效率分析
• 4.2 开通关断角对SRG性能的影响
• 4.3 开通角优化
• 4.4 关断角优化
• 4.5 优化控制器设计
• 4.6 仿真结果
• 5 SRG风力发电系统最大风能捕获控制
• 5.1 SRG风力发电系统概述
• 5.1.1 SRG风力发电系统简介
• 5.1.2 风力机特性
• 5.1.3 风力机特性的直流机模拟
• 5.2 SRG风能最大捕获控制系统研究
• 5.2.1 SRG风力发电系统风能最大捕获方案
• 5.2.2 SRG风力发电控制器设计
• 6 实验及实验结果分析
• 6.1 实验系统设计
• 6.2 开通、关断角对输出功率影响
• 6.3 开环性能实验
• 6.4 电压闭环性能试验
• 6.5 风能最大捕获实验结果分析
• 7 结论
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 作者简历
• 学位论文数据集