基于電勵磁雙凸極電機的獨立風電系統(tǒng)功率控制的研究

【摘要】：獨立運行的風力發(fā)電系統(tǒng)是風力發(fā)電的重要應(yīng)用方式之一，因此研究可靠性高、成本低和控制性能優(yōu)良的獨立風力發(fā)電系統(tǒng)是風力發(fā)電技術(shù)發(fā)展的必然要求。電勵磁雙凸極電機可靠性高、成本低、發(fā)電調(diào)壓方便，應(yīng)用于風力發(fā)電系統(tǒng)中具有獨特的優(yōu)勢，符合風力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢。良好的獨立風電系統(tǒng)功率控制策略是提高風能利用效率，保證負載穩(wěn)定供電的關(guān)鍵之一。研究適合電勵磁雙凸極電機的獨立風電系統(tǒng)的功率控制策略具有重要理論意義與實用價值。 本文首先介紹了基于電勵磁雙凸極電機的獨立風電系統(tǒng)的構(gòu)成，重點分析了風輪機和電勵磁雙凸極發(fā)電機的工作原理，結(jié)合電勵磁雙凸極電機勵磁電流、電樞電流均可調(diào)的特性，給出了勵磁電流控制功率、電樞電流調(diào)壓和電樞電流控制功率、勵磁電流調(diào)壓的兩種系統(tǒng)功率控制方案。之后，根據(jù)系統(tǒng)各部分的數(shù)學模型在MATLAB中建立對應(yīng)的仿真模型，對兩種系統(tǒng)控制方案分別進行了仿真研究，從而得出控制效果較為優(yōu)越的基于電勵磁雙凸極電機的獨立風電系統(tǒng)的功率控制策略，仿真結(jié)果驗證了控制策略的有效性。 最后，在實驗室已有風輪機模擬系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于電勵磁雙凸極電機的獨立風電系統(tǒng)模擬實驗平臺，分別對勵磁電流控制功率、電樞電流調(diào)壓和電樞電流控制功率、勵磁電流調(diào)壓的兩種系統(tǒng)控制方案進行實驗研究，實驗結(jié)果驗證了系統(tǒng)控制策略的有效性。 【關(guān)鍵詞】：風力發(fā)電 系統(tǒng)功率控制 最大風能跟蹤 負載功率跟蹤 電勵磁雙凸極發(fā)電機 電樞電流控制功率 勵磁電流控制功率
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 風力發(fā)電的研究背景與意義12
• 1.2 風力發(fā)電系統(tǒng)的運行方式12-13
• 1.2.1 并網(wǎng)運行風力發(fā)電系統(tǒng)12-13
• 1.2.2 獨立運行風力發(fā)電系統(tǒng)13
• 1.3 獨立風電系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.1 風力發(fā)電機的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.2 獨立風電系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)架14-16
• 1.3.3 獨立風電系統(tǒng)的功率控制策略16-17
• 1.4 課題的研究目的與意義17
• 1.5 課題的主要研究內(nèi)容17-19
• 第二章 基于電勵磁雙凸極電機的獨立風電系統(tǒng)的組成及工作原理19-33
• 2.1 基于電勵磁雙凸極電機的獨立風電系統(tǒng)的組成19
• 2.2 風輪機特性及其運行原理19-21
• 2.3 電勵磁雙凸極風力發(fā)電機的基本工作原理21-25
• 2.3.1 電勵磁雙凸極風力發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)21-22
• 2.3.2 電勵磁雙凸極風力發(fā)電機的磁路特性22-24
• 2.3.3 電勵磁雙凸極風力發(fā)電機的數(shù)學模型24-25
• 2.3.4 電勵磁雙凸極風力發(fā)電機的調(diào)壓及轉(zhuǎn)矩控制原理25
• 2.4 蓄電池的工作方式以及雙向 DC/DC 的工作原理25-27
• 2.4.1 蓄電池的工作方式25-26
• 2.4.2 雙向 DC/DC 的工作原理26-27
• 2.5 基于電勵磁雙凸極電機的獨立風電系統(tǒng)的 MATLAB 建模27-32
• 2.5.1 風輪機模塊的建模28-29
• 2.5.2 電勵磁雙凸極發(fā)電機模塊的建模29-31
• 2.5.3 雙向 DC/DC 和蓄電池模塊的建模31
• 2.5.4 整流器和負載模塊建模31-32
• 2.6 本章小結(jié)32-33
• 第三章 基于電勵磁雙凸極電機的獨立風電系統(tǒng)控制策略及其仿真分析33-54
• 3.1 系統(tǒng)的工作模式以及控制要求33-35
• 3.1.1 系統(tǒng)的工作模式及其轉(zhuǎn)換關(guān)系33-34
• 3.1.2 系統(tǒng)的控制要求34-35
• 3.2 系統(tǒng)功率控制的原理35-39
• 3.2.1 最大風能跟蹤控制的原理35-36
• 3.2.2 負載功率跟蹤控制的原理36-38
• 3.2.3 系統(tǒng)運行狀態(tài)切換控制的原理與建模38-39
• 3.3 系統(tǒng)控制方案選擇39-47
• 3.3.1 勵磁電流控制功率、電樞電流調(diào)壓方案原理與建模39-41
• 3.3.2 電樞電流控制功率、勵磁電流調(diào)壓方案原理與建模41-43
• 3.3.3 兩種系統(tǒng)控制方案的仿真對比43-47
• 3.4 獨立風電系統(tǒng)功率控制的仿真研究47-53
• 3.4.1 最大風能跟蹤狀態(tài)的仿真47-49
• 3.4.2 負載功率跟蹤狀態(tài)的仿真49-51
• 3.4.3 系統(tǒng)運行狀態(tài)實時切換的仿真51-53
• 3.5 本章小結(jié)53-54
• 第四章 基于電勵磁雙凸極電機的獨立風電系統(tǒng)的實現(xiàn)54-62
• 4.1 系統(tǒng)模擬實驗平臺的總體結(jié)構(gòu)54
• 4.2 系統(tǒng)的硬件單元設(shè)計54-58
• 4.2.1 主控單元設(shè)計55
• 4.2.2 信號采樣調(diào)理及保護電路55-57
• 4.2.3 功率變換器及其驅(qū)動設(shè)計57-58
• 4.2.4 系統(tǒng)輔助電源設(shè)計58
• 4.3 系統(tǒng)的軟件單元設(shè)計58-61
• 4.3.1 DSP 程序設(shè)計58-60
• 4.3.2 CPLD 程序設(shè)計60-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第五章 獨立風電系統(tǒng)功率控制的實驗研究62-69
• 5.1 獨立風電系統(tǒng)模擬平臺輸出特性測試62-63
• 5.2 系統(tǒng)控制方案的實驗對比63-65
• 5.2.1 定風速、定負載時最大風能跟蹤狀態(tài)的實驗對比63-64
• 5.2.2 定風速、變負載時負載功率跟蹤狀態(tài)的實驗對比64-65
• 5.3 獨立風電系統(tǒng)功率控制策略的實驗研究65-68
• 5.3.1 最大風能跟蹤狀態(tài)的實驗65-66
• 5.3.2 負載功率跟蹤狀態(tài)的實驗66-68
• 5.3.3 系統(tǒng)運行狀態(tài)實時切換的實驗68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 第六章 總結(jié)與展望69-70
• 參考文獻70-74
• 致謝74-75
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文75-76
• 附錄76

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