开关磁阻风电系统控制技术研究

【摘要】： 近年来随着能源问题的日益加剧,可再生能源的使用已经成为能源结构的必然发展趋势。风能因其简单清洁,机动灵活的优点,能够切实满足当今社会的能源需求,风力发电行业在我国正处于蓬勃兴起的态势。 本文主要基于开关磁阻发电机(Switched Reluctance Generator, SRG)在风力发电场合的应用,针对相关的控制技术展开了较为全面的探索,包括了详尽的理论分析以及仿真研究。 首先,本文在查阅大量文献资料的基础上,简要总结了风能资源利用的历史及发展进程,介绍了几种常用的变速风力发电机组,并提出开关磁阻风力发电机组的独特优势,以及在国内外取得的傲人成果,进一步明确了研究意义。其次,阐述了开关磁阻发电系统的工作原理,针对其实际工作中的非线性进行了深入的分析,并讨论了SRG的三种控制方式,对自励模式下的发电、建压过程进行了深入探讨。在傅里叶级数的基础上建立了SRG的非线性数学模型,并在MATLAB仿真平台上构建了相应的仿真模型。 其三,着重探讨了电流斩波控制方式(CCC)下SRG系统的运行,对SRG开环与闭环状态下的工作状况进行比较,针对输出电压的谐波抑制问题,详细阐述了电压闭环控制系统的设计过程。电压闭环控制器分别采用常规PID与模糊PID控制方式以达到稳压,并在此基础上对滤波电容进行优化,进而提出了等效串联电阻的概念。仿真实验证明,在中低风速范围下可以取得良好的控制效果。 其四,着重探讨了SRG的角度位置控制(APC),针对单脉冲模式下,电压闭环控制器失效的问题,提出了励磁角度的闭环控制策略,通过电机的工作状态变化对开通角与关断角进行动态调节,从而控制绕组电流,保证输出电压的稳定。仿真实验证明,励磁角度的闭环控制方案为SRG系统在高风速、重负载等环境下的稳定发电提供了有效的手段和工具。 其五,着重解决开关磁阻风力发电系统中交流输出的电能质量问题,提出利用SVPWM过调制技术作为逆变单元的技术支撑,在SRG风电系统已经获得理想的直流输出的基础上,交流输出的质量就主要取决于逆变电路的性能。相关的仿真实验可以证明,SVPWM过调制技术能保证发电系统具有优良的静态与动态性能,实现稳定供电,能够切实满足用电用户的需要。 本文相关的仿真研究都取得了良好的控制效果,验证了控制方案的可行性和正确性,为SRG风力发电机组的实际工程应用提供了一定的指导意义。 【关键词】：开关磁阻发电机(SRG) 风力发电 非线性 电压脉动 电流斩波控制(CCC) 角度位置控制(APC) SVPWM过调制
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM352
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 风能发电的发展历程及现状9
• 1.2 几种常用的风力发电机9-11
• 1.3 开关磁阻风力发电机系统11-13
• 1.4 本文所做工作及内容安排13-15
• 1.4.1 本文所做工作13-14
• 1.4.2 本文的内容安排14-15
• 第2章 开关磁阻发电机工作原理及建模15-29
• 2.1 开关磁阻发电机的工作原理15-18
• 2.2 开关磁阻发电机的非线性分析18-20
• 2.3 开关磁阻发电机的工作模式20-22
• 2.4 开关磁阻发电机的非线性建模22-27
• 2.4.1 SRG 的数学模型22-24
• 2.4.2 SRG 的仿真模型24-27
• 2.5 实验结果分析27-29
• 第3章 开关磁阻发电机的电压反馈控制29-49
• 3.1 开关磁阻风力发电系统的结构29-31
• 3.2 风轮机的工作特性及模型31-33
• 3.3 SRG 开环系统的工作特性研究33-35
• 3.4 SRG 闭环系统的工作特性研究35-49
• 3.4.1 滤波环节的设计36-38
• 3.4.2 常规PID 电压闭环控制器的设计38-41
• 3.4.3 模糊PID 电压闭环控制器的设计41-44
• 3.4.4 模糊PID 与常规PID 闭环控制效果的比较44-46
• 3.4.5 SRG 闭环系统动态特性研究46-49
• 第4章 开关磁阻发电机的角度位置控制49-62
• 4.1 SRG 的角度参数对系统性能的影响49-50
• 4.2 角度位置控制环节的设计50-55
• 4.2.1 APC 环节的设计51-53
• 4.2.2 模糊APC 环节的设计53-55
• 4.3 SRG 高速运行时的工况55-58
• 4.4 SRG 带重负载运行的工况58-62
• 第5章 开关磁阻风力发电系统逆变器的设计62-74
• 5.1 逆变器的工作要求62-63
• 5.2 三相电压源型逆变器的工作原理63-64
• 5.3 SVPWM 过调制算法的原理及实现64-68
• 5.4 SVPWM 过调制算法在 SRG 风电系统中的应用68-72
• 5.4.1 静态特性分析69-71
• 5.4.2 动态特性分析71-72
• 5.5 实验结果分析72-74
• 总结与展望74-76
• 参考文献76-81
• 致谢81-82
• 个人简历、攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果82-83

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