基于PSCAD的永磁直驱风力发电系统最大风能追踪研究

【摘要】： 随着环境污染的加剧和能源危机的加深,风能开发等新能源利用技术成为世界研究的热点课题。永磁直驱风力发电机由于机械损耗小、运行效率高、维护成本低等优点而成为研究的重点机型,掌握其运行特性和提高风电机组的风能捕获效率是风力发电领域的重要研究课题。 最大功率跟踪(MPPT)策略是提高风电系统功率转换效率的重要方法。本文系统研究了风力发电系统的运行原理,对永磁直驱风力发电系统进行了详细的理论研究,重点研究基于爬山搜索法的最大风能追踪控制策略,并提出了相应的控制目标和实现方法,以期实现系统的优化及可靠运行。 论文首先介绍了课题的研究背景和意义,综述了国内外风力发电发展概况;为简化结构、降低成本及提高可靠性,本文提出了包含永磁同步发电机、二极管整流桥及斩波器的改进型的小型风力发电系统结构;在分析系统工作原理基础上,建立系统部件的数学模型及完整的系统仿真模型。 针对实验室现有的永磁直驱风力发电系统,基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了相应的仿真平台,开发了改进型的小型风电系统仿真模型。针对本文研究的控制目标,本文提出了变斜率MPPT控制策略,并进行了相关MPPT控制的仿真研究,仿真结果验证了最大功率跟踪控制策略的正确性和可行性;与传统固定步长MPPT、变步长扰动控制策略相比,本文的控制方法有效提高了最大功率跟踪的快速性和准确性,进而提高了风能转换效率。 本文的工作为今后完善小型风力发电系统研究提供了理论依据,对提高小型风力发电系统的整体效率及可靠性具有重要的理论意义和实际应用价值。 【关键词】：永磁风力发电 最大风能追踪 PSCAD仿真
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 课题背景12-15
• 1.1.1 能源危机与环境污染问题12
• 1.1.2 我国发展风力发电的必要性12-15
• 1.2 风力发电发展概况15-19
• 1.2.1 世界风力发展现状及展望16-17
• 1.2.2 国内风力发展现状及展望17-19
• 1.3 风力机最大功率输出的研究意义19-21
• 1.4 本文的主要研究内容21-22
• 参考文献22-23
• 第二章 小型风力发电系统最大风能追踪控制研究23-48
• 2.1 小型风力发电系统概述23-29
• 2.1.1 小型风力发电系统的结构23-24
• 2.1.2 小型风力发电系统的组成24-29
• 2.2 风力发电系统运行原理29-33
• 2.3 最大输出功率调节方式33-35
• 2.3.1 调节方法33-34
• 2.3.2 直接控制负载功率的实现方法34-35
• 2.4 最大风能追踪的控制策略概述35-39
• 2.4.1 最大风能追踪的控制的研究现状35-38
• 2.4.2 最大风能追踪控制策略38-39
• 2.5 DC/DC变换器的设计39-44
• 2.5.1 DC/DC变换器概述39-41
• 2.5.2 DC/DC变换器参数设计41-44
• 2.6 本章小结44-45
• 参考文献45-48
• 第三章 永磁直驱风力发电系统建模研究48-66
• 3.1 永磁直驱风力发电系统模型48-60
• 3.1.1 风速模型49-52
• 3.1.2 风力机模型52
• 3.1.3 永磁同步发电机模型52-58
• 3.1.4 变流器模型58-60
• 3.1.5 超级电容器模型60
• 3.2 本文所采用的最大风能追踪控制模型60-64
• 3.2.1 传统MPPT控制方法61-62
• 3.2.2 两种改进MPPT算法的实现62-64
• 3.3 本章小结64-65
• 参考文献65-66
• 第四章 小型永磁风力发电系统最大风能追踪控制仿真66-86
• 4.1 EMTDC/PSCAD仿真软件概述66-73
• 4.1.1 EMTDC/PSCAD介绍66-67
• 4.1.2 EMTDC/PSCAD系统应用67-73
• 4.2 系统仿真模型73-84
• 4.3 本章小结84-85
• 参考文献85-86
• 第五章 PSCAD仿真实例分析86-106
• 5.1 PSCAD仿真实例分析86-104
• 5.1.1 风力机额定风速的测定86-88
• 5.1.2 恒风速条件下,风力机转速与功率输出关系的仿真实验88-93
• 5.1.3 风力发电系统的最大风力捕获测定93-96
• 5.1.4 改变占空比条件下,系统最大风能捕获研究96-99
• 5.1.5 恒风速条件下,自动进行最大风能捕获仿真算例99-103
• 5.1.6 变风速最大风能追踪仿真实验(斜率改变改进法)103-104
• 5.2 本章小结104-106
• 第六章 总结与展望106-107
• 攻读学位期间发表论文与科研情况107-108
• 致谢108

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