风电系统感应发电机效率优化研究

【摘要】：当今，能源问题日趋严峻，开发和利用可再生能源是符合经济和社会持续发展的一项极为紧迫的任务。风能是一种重要的可再生能源，其开发受到世界普遍的重视。在风力发电系统中，由于风资源特性，风电机组往往工作在低风速环境，变流器长时间工作在轻载状态。针对鼠笼型感应发电机全功率变流器，如果机侧变流器采用传统的恒定磁链控制方式，会使系统损耗增加，运行效率降低。因此，研究感应发电机的效率优化控制方法，提高风电机组的发电效率，对风电系统应用具有重要意义。 本文针对鼠笼型感应发电机全功率变流器机组，首先建立了考虑铁损电阻变化的发电机损耗模型，将随发电机转速变化的铁损电阻引入到系统控制中，在此基础上讨论了最优磁链给定的方法，并将其应用到转子磁链定向的矢量控制中，来完成对感应发电机的精确控制。其次针对磁链优化的设计方案，本文研究了损耗模型法，通过实时采集发电机的转速与转矩信号，求解发电机损耗的最优工作点，从而得到最优磁链的设定值。实际应用中，可以将发电机最优工作点对应的转速、转矩、磁链制表，通过查表的方法实现最优磁链快速给定。第三，本文研究了在线搜索法在发电机损耗最优化控制中的应用，这种方法无需精确的电机模型信息，并且能够实现系统级(包括变流器、发电机、滤波器、线路等)损耗最优点的精确设定。为了改善搜索法的收敛速度，本文设计了基于模糊控制理论的搜索控制器。最后，将上述两种方法的优点相结合，本文提出了一种适合感应电机全功率风电变流器机组的综合节能方案。基于所提出的方法，我们分别搭建了Matlab/Simulink仿真平台以及350kW感应发电机风电变流器实验平台对效率优化方法进行了性能验证。仿真和试验结果表明，本文所提出的优化方法具有较好的节能效果，为基于感应发电机的全功率变流器机组的高效运行提供了新方法。 【关键词】：感应发电机 变铁损电阻 损耗模型 在线搜索 效率优化
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM31
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-16
• 第1章 绪论16-23
• 1.1 课题背景及意义16-18
• 1.2 风电系统构成及特点18-20
• 1.3 感应发电机效率优化现状20-21
• 1.4 文章主要研究内容和结构安排21-23
• 第2章 感应电机数学模型23-37
• 2.1 引言23
• 2.2 感应电机动态数学模型分析23-28
• 2.3 感应电机等效数学模型的建立28-33
• 2.3.1 坐标系和坐标变换28-31
• 2.3.2 感应电机等效数学模型31-33
• 2.4 按转子磁链定向的电机矢量控制33-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第3章 损耗模型法优化电机效率37-47
• 3.1 引言37
• 3.2 LMC 介绍37-38
• 3.3 感应电机损耗模型38-41
• 3.4 考虑变化铁损的电机模型41-42
• 3.5 黄金分割法搜索最优磁链42-46
• 3.5.1 黄金分割搜索法原理43-44
• 3.5.2 黄金分割搜索算法实现44-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 磁链值的最优搜索法47-60
• 4.1 引言47
• 4.2 搜索法效率优化47-49
• 4.3 基于模糊逻辑的搜索法49-59
• 4.3.1 模糊控制理论基础49-50
• 4.3.2 模糊控制器的基本结构50-52
• 4.3.3 模糊控制搜索法实现52-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 电机优化仿真及试验验证60-76
• 5.1 基于 matlab 的电机系统仿真模型的建立60-63
• 5.1.1 感应发电机本体模块61-62
• 5.1.2 矢量控制模块62-63
• 5.1.3 模糊逻辑控制器模块63
• 5.2 仿真参数及结果分析63-69
• 5.3 节能方法改进69-70
• 5.4 实验平台介绍70-75
• 5.4.1 实验平台构成71-73
• 5.4.2 实验平台参数73-74
• 5.4.3 试验结果分析74-75
• 5.5 本章小结75-76
• 第6章 总结与展望76-78
• 6.1 总结76
• 6.2 展望76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 附录83-84
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文84

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