小型风电机组的MPPT控制策略研究

【摘要】： 风能作为一种清洁可再生的能源,发展迅速,已经成为世界新能源最主要的发展方向之一。风能具有随机性和不确定性,风力发电系统是一个复杂系统。小型风力发电系统以其成本低、控制简单的优点,在风力发电中也占有了重要的一席之地。 本文首先介绍了世界能源现状、国内外风能资源开发现状,同时回顾了风力发电技术的发展历程。接着较详细的叙述了并网风力发电机组的拓扑结构,指出本文的主要研究对象是由定桨距风力机、永磁同步发电机、不控整流电路、Boost升压斩波电路、以及并网逆变器构成的小型风力发电机组。随后针对基于Boost的永磁直驱风力发电系统,提出了一种不同于常用的转速电流双闭环和电压电流双闭环的方法——转速电流关系表来实现功率控制。文章就该控制方法的具体实现进行了详细的说明,并在MATLAB／SIMUlink环境下对该方法进行了仿真研究。仿真重点在风速变化时功率控制的效果,根据仿真结果,对关系表进行了适当的校正。经过校正的控制方法,可以很好控制风力机输出最大功率,并使负载侧的功率实现跟踪。最后对利用卸荷回路来限制最大功率的方法进行了初步的介绍,为以后的研究作参考。 【关键词】：小型风力发电机组 永磁同步电机 Boost升压斩波 MPPT Matlab仿真
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM614
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-25
• 1.1 课题背景11-16
• 1.1.1 世界能源现状11-12
• 1.1.2 国外风能资源开发与现状12-14
• 1.1.3 国内风能资源开发与现状14-16
• 1.2 风力发电技术的现状及发展16-24
• 1.2.1 风力发电技术的现状16-21
• 1.2.2 风力发电技术的发展21-22
• 1.2.3 小型并网风力发电现状与技术特点22-24
• 1.3 本文的主要内容及目标24-25
• 2 并网型风力发电机组及其变流电路拓扑25-39
• 2.1 并网型发电机组介绍25-27
• 2.2 风力机的输出功率特性27-33
• 2.2.1 风能的贝茨理论27-29
• 2.2.2 风力机特性研究29-33
• 2.3 最大功率跟踪简介33-35
• 2.3.1 最大功率跟踪(MPPT)的基本原理33
• 2.3.2 最大功率跟踪(MPPT)的常用方法33-34
• 2.3.3 运行状态划分34-35
• 2.4 直驱性并网风力发电机组的变流拓扑结构35-37
• 2.5 本章小结37-39
• 3 基于被动整流拓扑结构的永磁直驱风力发电系统39-49
• 3.1 主电路及工作原理39-41
• 3.1.1 系统的主电路说明39
• 3.1.2 系统的工作原理39-41
• 3.2 系统电路的数学分析41-44
• 3.2.1 永磁发电机41
• 3.2.2 二极管整流电路41-42
• 3.2.3 升压斩波电路42-44
• 3.3 Boost升压斩波电路的控制方法44-47
• 3.3.1 转速电流双闭环44-45
• 3.3.2 电压电流双闭环45
• 3.3.3 转速电流关系表的电流闭环45-47
• 3.4 利用卸荷器限制最大功率的过载保护47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 4 风力发电系统功率控制策略分析49-59
• 4.1 风力发电系统最佳运行原理49-51
• 4.2 最大功率调节方式51-53
• 4.2.1 机械功率调节51-52
• 4.2.2 电功率调节52-53
• 4.3 最大功率跟踪算法分析53-55
• 4.4 基于有效风速估计直接转速控制55-56
• 4.5 转速电流关系表的功率控制56-58
• 4.5.1 发电机的最大功率下转速与电流之间的关系56-57
• 4.5.2 考虑风力机最大功率的转速与电流的关系57
• 4.5.3 转速电流关系表的功率跟踪57-58
• 4.6 本章小结58-59
• 5 风力发电系统功率寻优算法的建模与仿真59-75
• 5.1 MATLAB/Simulink简介59-60
• 5.2 风力机的仿真60-63
• 5.2.1 风力机模型介绍60
• 5.2.2 风力机的仿真结果60-63
• 5.3 Boost升压斩波器的仿真63-65
• 5.3.1 升压斩波器模块介绍63
• 5.3.2 升压斩波器仿真结果63-65
• 5.4 系统功率控制的仿真65-72
• 5.4.1 发电机的最大功率下转速与电流之间的关系65-66
• 5.4.2 考虑风力机最大功率下转速与电流的关系66-69
• 5.4.3 转速电流关系表法的系统整体仿真69-72
• 5.5 卸荷器限制最大功率的仿真研究72-74
• 5.6 本章小结74-75
• 6 总结75-77
• 6.1 本文主要工作与结论75
• 6.2 目前存在的问题及未来工作展望75-77
• 参考文献77-81
• 作者简历81-85
• 学位论文数据集85

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