风电最大功率捕获控制系统研究及其工程实现

【摘要】：风力发电在全球二次能源产业结构中的比例正在逐年增加。近年来,结构相对简单、维护成本较低且运行效率较高的直驱永磁同步风力发电(PMS G)技术有了较快的发展,有关这方面的研究越来越多。本论文将针对这种风力发电系统关键技术的研究问题,提出一种新的最大功率点追踪控制的解决方法,使得相应的控制策略能够采用面向问题的算法元件进行图形化组态,还能够在多平台的环境中执行,并具有可视化的实时监控功能。为达成上述目标,本论文以直驱风力发电系统为研究对象。首先分析其系统结构,并建立相应的数学模型。其次以最大功率点的追踪控制(MPPT)为本论文研究的重点,分析了两种MPPT控制算法仿真的参考示例——PISM仿真和Matlab仿真,总结了它们的优缺点,说明该方法的局限性。然后针对本课题的难点,在SEPIC电路算法原理的基础上,应用一种可跨平台执行的工业控制通用组态技术,即IAP控制平台技术,利用其重构特性开发设计了SEPIC电路组态元件并对其进行了测试,测试结果验证了该元件的正确性。最后结合该元件在IAP控制平台上对PMSG风力机系统进行了仿真研究,MPPT控制算法采用匀速爬山法和变速爬山法,分析在各种风速条件下PMSG风力机系统最大功率追踪控制的性能,将IAP仿真实验结果与一个已知PMSG发电系统研究实例的仿真实验结果进行对比分析,对两个MPPT算法的控制性能进行了比较,总结出它们各自的特点,验证了在IAP控制平台上实现MPPT控制算法仿真研究的可行性。实验结果表明,应用IAP控制平台技术,以图形元件组态方式设计、开发MPPT控制算法是风力发电系统自动化技术发展的有效途径。这不仅体现在IAP控制组态的仿真结果可直接植入实际工程的硬件控制器中,而且体现在利用IAP的软件工具,人们可以在风力发电系统的运行过程中对其进行在线分析和优化,为MPPT控制算法的工程实现提供了一种新的方法 【关键词】：直驱永磁同步风力发电 最大功率跟踪 图形化组态 IAP SEPIC电路 控制平台
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614;TP273
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 研究背景与意义8-9
• 1.2 研究现状分析9-15
• 1.2.1 风力发电最大功率捕获(MPPT)的原理9-13
• 1.2.2 风力发电最大功率捕获(MPPT)工程实现方法13-15
• 1.3 本文主要内容与创新点15-17
• 第二章 PMSG风力发电机模型17-30
• 2.1 概述17-18
• 2.2 模型构建18-25
• 2.2.1 系统结构18-19
• 2.2.2 数学模型19-25
• 2.3 MPPT控制方法的实现示例25-30
• 2.3.1 MPPT控制方法的实现——PSIM仿真25-26
• 2.3.2 MPPT控制方法的实现——Matlab仿真26-30
• 第三章 基于IAP控制平台的SEPIC电路仿真技术30-49
• 3.1 IAP平台概述30-31
• 3.2 IAP平台控制策略组态软件31-35
• 3.2.1 IAPlogic软件特点31-32
• 3.2.2 IAPlogic软件功能32-35
• 3.3 IAP平台控制策略组态元件封装技术35-37
• 3.3.1 组态元件简介35-36
• 3.3.2 IAP元件扩展性36
• 3.3.3 SEPIC元件开发的科学价值36-37
• 3.4 SEPIC电路仿真原理及元件封装37-46
• 3.4.1 SEPIC电路仿真原理分析37-40
• 3.4.2 SEPIC元件封装40-46
• 3.5 SEPIC电路仿真实验对比46-49
• 3.5.1 结果正确性46-48
• 3.5.2 方法先进性48-49
• 第四章 MPPT算法研究及实验49-62
• 4.1 概述49-50
• 4.2 基于IAP平台的风电最大功率捕获控制系统实现50-55
• 4.3 仿真实验对比55-61
• 4.3.1 匀速爬山法与示例结果对比55-59
• 4.3.2 变速爬山法与匀速爬山法对比59-61
• 4.4 工程实现可行性分析61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-67
• 附录67-77
• 致谢77-78
• 个人简历78
• 在读期间发表的学术论文及参与的项目78

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