基于异步电机发电的非并网小型风电系统研究

【摘要】： 风电事业在全球范围内方兴未艾,目前国际上的研究热点主要是大型并网风力发电系统。与大型并网风电系统相比,独立运行小型风电系统更加适合应用于分布式发电等场合,研究可靠性更高、价格更廉的小型风力发电系统,对于增强市场竞争能力、加速风力发电的普及和应用,具有重要意义。 笼型异步电机结构简单、耐用、成本低、体积小、控制灵活、便于维护,在发生短路故障时可以灭磁保护,容易满足风电系统高可靠、免维护的性能要求。异步电机作为一种成熟的电机,与新兴的电力电子装置共同构成的高性能发电系统,在电机本体结构设计、电路拓扑、控制策略方面值得深入研究。但国内外关于风力异步发电机设计的文献还十分匮乏,一般均参照电动机程序设计,按电动机程序设计的异步发电机的运行工作点不佳;在传统控制策略之下,异步发电机存在低风速段能量转换效率低的不足。 本课题对风力异步发电机的设计方法和控制策略做了针对性的研究。结合分布式发电系统对发电机的特殊要求,在比较电动和发电两种工作状态异同点的基础上,提出了专门的低压小功率风力直驱笼型异步发电机电磁设计方法;为提升异步发电机在低风速段的能量转换效率,研究了一种效率优化控制方法:首先建立了考虑铁损耗的异步发电机的数学模型,在此基础上完成了风力异步发电系统的仿真建模;研究总结了国内外关于异步电动机效率最优控制的成果,在最大风能追踪控制的基础上,提出了风力异步发电机的效率最优控制策略。 在以Freescale的DSP56F8037为核心的控制平台上做了深入的实验研究,文中对整个系统架构以及软硬件的实现都做了详细的介绍。最终的实验结果表明,本文提出的基于转差调节的风力异步发电机最优磁通控制策略,可以明显提高电机的能量转换效率,特别是提高在中、低风速段的能量转换效率。 【关键词】：风力异步发电机 非并网小型风力发电系统 DSP 铁损耗 效率最优控制 最大风能追踪 最优磁通 电磁设计
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 能源危机与风力发电综述14-15
• 1.1.1 能源危机及我国发展风力发电的必要性14-15
• 1.1.2 风力发电技术综述15
• 1.2 非并网小型风力发电系统总体结构15-19
• 1.2.1 风力机16
• 1.2.2 风轮16
• 1.2.3 限速装置16-17
• 1.2.4 调向装置17
• 1.2.5 塔架17
• 1.2.6 发电机17-18
• 1.2.7 蓄能装置18
• 1.2.8 电力电子接口18-19
• 1.3 非并网小型风力异步发电系统19-22
• 1.3.1 风力异步发电机本体设计的需求20
• 1.3.2 风力异步发电机的效率优化控制策略20-22
• 1.4 本文的主要内容22-24
• 第二章 非并网小型风力异步发电系统的仿真建模24-33
• 2.1 系统部件建模24-30
• 2.1.1 风力机的数学模型24-27
• 2.1.2 异步发电机的数学模型27-30
• 2.2 控制策略30-31
• 2.3 仿真条件与仿真结果31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 风力异步发电机的效率最优控制33-48
• 3.1 最大风能追踪控制33-35
• 3.2 异步电动机的效率优化控制策略35-39
• 3.2.1 异步电机的损耗分析35-37
• 3.2.2 基于铜损等于铁损的效率最优控制37-38
• 3.2.3 基于转差率的效率最优控制38
• 3.2.4 基于模型的最优励磁控制38-39
• 3.3 异步发电机的效率最优控制39-45
• 3.3.1 异步发电机的电压泵升原理39-40
• 3.3.2 异步发电机效率最优控制策略40-41
• 3.3.3 最优磁通计算与仿真建模41-45
• 3.4 仿真结果45-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第四章 风力异步发电机的设计48-58
• 4.1 风力直驱笼型发电机性能指标的提出48-49
• 4.1.1 用电设备所要求的发电机的基本性能指标48-49
• 4.1.2 风力直驱发电系统对发电机提出的技术要求49
• 4.2 风力直驱异步发电机的设计49-54
• 4.2.1 电动、发电两种工作状态的比较49-51
• 4.2.2 电机额定参数的确定51-52
• 4.2.3 电机主要尺寸的确定52-53
• 4.2.4 磁路计算及其它53-54
• 4.3 设计结果54-55
• 4.4 改造设计风力异步发电机55-57
• 4.4.1 风力异步发电机的简易改造设计55-56
• 4.4.2 实验用风力异步发电机56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 风力异步发电系统的软硬件实现58-73
• 5.1 硬件电路总体构架58
• 5.2 系统硬件电路设计58-65
• 5.2.1 控制芯片58-59
• 5.2.2 主功率电路59-60
• 5.2.3 主电路驱动及保护电路60-63
• 5.2.4 采样调理电路63-64
• 5.2.5 联机通信64
• 5.2.6 辅助电源64-65
• 5.3 系统的软件实现65-72
• 5.3.1 程序的整体结构65-66
• 5.3.2 基于飞思卡尔56F8037DSP 的软件实现66-71
• 5.3.3 系统标幺化71-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 实验与分析73-79
• 6.1 实验条件73
• 6.2 系统软硬件实验73-74
• 6.2.1 蓄电池操作73
• 6.2.2 励磁方向调整73-74
• 6.3 实验结果及分析74-78
• 6.3.1 建压实验74-75
• 6.3.2 风速变化实验75-76
• 6.3.3 加载、卸载实验76-77
• 6.3.4 效率优化实验77-78
• 6.4 本章小结78-79
• 第七章 总结与展望79-81
• 7.1 本文的主要研究工作总结79
• 7.2 进一步工作的展望79-81
• 参考文献81-84
• 致谢84-85
• 附录 185-86
• 附录 286-90
• 附录 390-91
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文91

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

含风电场电力系统潮流计算的交替求解方法    吕泽鹏;赵越;

基于PSASP/UPI模块和动态链接库的风电场潮流计算    钱叶牛;姜涛;邹琪;刘洋洋;

粤港动态    

风电机组发电机的技术发展和展望    於岳亮;

分布式电源对故障恢复初期不平衡孤网稳态特性影响    贺星棋;刘俊勇;杨可;谢连芳;

从风中获取能量    

并网异步风电机组有功功率的振荡频率分析    李辉;陈宏文;杨超;赵斌;唐显虎;

DSP在风力发电空载并网技术上的应用    李明;程耕国;肖琴;李兰兰;

1MW高滑差绕线式异步风力发电机的设计研究    孟大伟;刘平宙;

鼠笼型全功率风电变换器控制策略研究与实验    王晗;王鹏;张建文;蔡旭;

采用异步发电机和PWM整流器的42伏汽车发电系统的一种电压控制策略及分析模型    卢子广;谭峙;

单相自激式异步发电机稳态电磁特性算法研究    王维俊;宋宏洲;郭军华;施元春;

小型水电站异步发电机电压控制系统的开发    张贵山;唐可新;赵碧光;朱春;

绕线型双馈异步风力发电机    王晓红;

绕线型双馈异步风力发电机    王晓红;

变速风力发电系统逆变器的研究    李维华;曹仁贤;

基于内扰的风力异步发电机辨识研究    张维东;王乾;张洪亮;

考虑风电机组模型的电力系统无功优化    胡敏;周任军;胡军;韩磊;

兰州兰电电机有限公司    

风电接入电网的潮流计算研究    刘洋;李智;张波;韩学山;

首台2.0MW“电网友好型”—异步发电机+全功率变流风电机组下线    记者 左朝胜

冲击发电机世界难题    本报通讯员　石建国　郑明朗　本报记者　张国圣

春兰秋菊傲军营    特约记者 李荣惠　通讯员 刘长江 袁耿林 本报记者 唐先武 张强

瞄准主流方向 刷新“中国创造”纪录    申军平

刷新“中国造”纪录    本报记者 王海滨通讯员 申军平

国产最大风力发电机成功并网发电    慕明杰 蒲庆雯

让心随“风”飘扬    本报首席记者 齐泽萍通讯员 申军平

群星璀璨竞芬芳    石建国 李永德 特约记者 殷邦科

兆瓦级双馈异步风力发电机标准草案制订完成    申军平

永济电机公司：自主研制2兆瓦风力电机    本报记者 刘存瑞通讯员 申军平

大型风电场电压稳定性分析与控制研究    潘文霞

带整流负载双绕组多相高速异步发电机系统的研究    吴新振

大型风电场接入电网的稳定性问题研究    迟永宁

含分布式发电的电力系统分析方法研究    陈海焱

并网型交流励磁双馈电机风力发电系统研究    任永峰

大规模风电场接入电力系统的小干扰稳定性研究    关宏亮

考虑静态电压稳定约束的概率最大输电能力快速计算研究    王兴刚

配电网运行决策中的优化算法研究    王威

可再生能源发电与微网中储能系统的构建与控制研究    曾杰

电力系统特殊负荷建模的研究    王吉利

基于异步电机发电的非并网小型风电系统研究    吴强

自激异步发电机带载能力的研究    王龙鹏

基于滑差可调绕线式异步发电机的风电场的暂态特性研究    孙凤

基于双馈异步电机的变速恒频风力发电系统控制技术的研究    乔屹

双馈异步风力发电系统设计与仿真研究    董红喜

孤立运行异步发电站的频率与电压控制研究    廖智伟

独立运行异步发电机电压稳定性的研究    郝宽胜

自励三相异步发电机稳态运行性能的研究    刘天璋

三相异步发电机空载建压与投切负载分析    康丽娟

带整流负载异步发电机分析    徐卫青