新型升压励磁的开关磁阻风电系统研究

【摘要】：近年来,伴随着各种能耗产品的盛行和世界经济的发展,能源的供给出现了很大的缺口。在人口持续增长的情况下,不可再生能源已远远不能满足人们对能源的需求。风能清洁、且分布广泛,作为一种易被开发和利用的可再生新能源,拥有巨大的社会、经济和环保价值。本文以风电系统中的发电机-开关磁阻发电机(Switched Reluctance Generator,SRG)为研究对象,以提高SRG风电系统发电功率和发电效率为目标,研究相关控制参数,励磁模式对开关磁阻风电系统发电性能的影响,同时对SRG风电系统最大风能跟踪方法进行了设计。本文所做的主要研究工作如下:(1)介绍了SRG风电系统基本理论和组成,分析了SRG的工作原理,推导了SRG的基本微分方程式,建立了SRG的线性数学模型。简述了开关磁阻风电系统三种传统控制方法的工作原理和优缺点。论述了电机定子相绕组电流与电机位置角的关系并进行了仿真验证,搭建风力机数学模型,并进行了仿真。(2)提出SRG全区升压励磁模式。通过高压励磁,低压发电,能有效提高发电机利用率和系统能量转化效率,在MATLAB平台上了仿真实验。(3)提出一种转速分区-模糊控制的SRG风电系统最大风能跟踪(MPPT)新方法。该方法无需获得风力机特征参数和测风装置,能自动判断风力机转速所属区域,调整电机相电流扰动步长大小,快速、稳定实现系统跟踪最大风能。(4)搭建20kW SRG风电系统硬件实验平台和设计了上位机软件。以两片升级版51内核单片机MPC82G5160A为核心CPU,结合功率变换器电路,信号检测电路和控制保护电路组成控制箱。设计SRG风电系统参数采集软件,对发电系统的工作参数进行采集和显示,便于调试分析和监控。(5)基于SRG风电系统硬件实物平台,测试了SRG相绕组非饱和电感值,对系统的发电性能进行了变开通角、变关断角的测试实验,对发电系统采用不对称半桥他励模式、不对称半桥自励模式和全区升压励磁模式的发电性能进行实验分析。 【关键词】：SRG 升压励磁 转速分区 模糊控制 最大风能跟踪 实验平台
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 风力发电的发展现状10-11
• 1.2 风力发电机的常见类型11-14
• 1.3 SRG风电系统14-17
• 1.3.1 SRG工作特性14-15
• 1.3.2 国内外SRG风电系统研究现状15-17
• 1.4 论文主要研究内容17-18
• 第2章 SRG风电系统组成及建模18-32
• 2.1 SRG风电系统组成结构18-19
• 2.2 SRG数学建模及基本控制策略19-24
• 2.2.1 SRG工作原理19-20
• 2.2.2 SRG线性数学建模20-23
• 2.2.3 SRG基本控制策略23-24
• 2.3 SRG相绕组电流分析及仿真24-29
• 2.3.1 SRG相绕组电流分析24-27
• 2.3.2 SRG相绕组电流仿真27-29
• 2.4 风力机数学建模与仿真29-31
• 2.4.1 风力机数学建模29-30
• 2.4.2 风力机仿真30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 SRG全区升压励磁模式32-47
• 3.1 传统不对称半桥他励模式32-33
• 3.1.1 电路结构32
• 3.1.2 数学建模32-33
• 3.1.3 工作的特性33
• 3.2 传统不对称半桥自励模式33-35
• 3.2.1 电路结构33-34
• 3.2.2 数学建模34-35
• 3.2.3 工作的特性35
• 3.3 全区升压励磁模式35-42
• 3.3.1 电路结构35-36
• 3.3.2 数学建模36-38
• 3.3.3 工作的特性38-42
• 3.4 不同励磁模式下的仿真分析42-46
• 3.4.1 全区升压励磁模式仿真分析42-45
• 3.4.2 不对称半桥他励、自励模式仿真分析45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 转速分区-模糊控制的SRG风电系统MPPT控制47-59
• 4.1 最大风能跟踪捕获原理47
• 4.2 传统的SRG风电系统功率扰动MPPT47-49
• 4.3 转速分区-模糊控制SRG风电系统功率扰动MPPT49-55
• 4.3.1 转速区域判断49-51
• 4.3.2 模糊控制器设计51-55
• 4.4 转速分区-模糊控制SRG风电系统功率扰动MPPT仿真55-58
• 4.4.1 仿真系统建模55-56
• 4.4.2 仿真结果及分析56-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 SRG风电系统实验平台搭建及测试分析59-78
• 5.1 系统硬件电路设计59-65
• 5.1.1 功率变换器主电路设计60
• 5.1.2 电流检测电路设计60-61
• 5.1.3 电压检测电路设计61
• 5.1.4 位置检测电路设计61-63
• 5.1.5 控制保护电路设计63-64
• 5.1.6 主控MCU64-65
• 5.2 系统控制软件设计65-66
• 5.3 上位机设计66-67
• 5.4 实验测试与分析67-77
• 5.4.1 SRG电感曲线及位置信号线测试67-69
• 5.4.2 APC提前一步励磁测试69-70
• 5.4.3 开通、关断角测试实验70-71
• 5.4.4 三种励磁模式发电性能对比测试71-77
• 5.5 本章小结77-78
• 第6章 总结与展望78-79
• 6.1 本文的主要工作和成果78
• 6.2 进一步工作展望78-79
• 参考文献79-82
• 致谢82-83
• 个人简历、攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果83

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