交流励磁风力发电系统最大风能捕获

【摘要】：随着世界经济的飞速发展和工业化进程的不断加快,世界各国对能源的需求越来越大,煤、石油等一些传统能源日益枯竭,这就促使越来越多的科学研究集中到一些环境友好型的新型能源。风能作为一种对环境污染少,取之不尽,且储量丰富的可替代能源越来越引起人们的重视。在风力发电系统中,风力机从风能中获得能量,其大小取决于风速和风力机旋转角速度,在任意风速下风能捕获都存在一个转速最优值,如何在随机风速下快速寻找最佳的风力机转速,使其达到最大的风能转化效果,是风力发电效率的关键问题之一。 本文分析了风能、风力机以及风力发电系统的特性,研究了现有的最大风能捕获方法,如风力机参数辨识法、功率反馈法、叶尖速比法、爬山搜索法、三点比较法,以及粒子群等优化算法等。由于风速具有随机性、不稳定性的特点,为了提高风力发电系统中风能的利用效率,在比较各种最大风能捕获算法的基础上,深入地研究了爬山搜索法和叶尖速比法的不足,提出了自适应变步长搜索算法来捕获最大风能。文中重点分析了算法的自适应性和变步长策略。通过改进爬山搜索法的变步长策略,明显加快了搜索速度；通过引入初始估计叶尖速比值,使风力机初始旋转角速度定位在最大功率点附近；经过变步长搜索,更快找到最大功率点,同时更新最佳叶尖速比,使得风速变化后,风力机初始旋转角速度更加接近最佳角速度,缩小了搜索范围。该算法避免了风速测量误差带来的影响,不需要实时检测准确的风速大小,不依赖风力机模型。仿真结果表明,该算法能够使风力机更加快速到达最大功率点,收敛性好,系统动态响应快。 【关键词】：风力发电 最大风能捕获 叶尖速比 爬山搜索法
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 风力发电的背景与意义10-11
• 1.2 风力发电风能捕获技术的现状及发展趋势11-17
• 1.2.1 最大风能捕获的研究现状12-15
• 1.2.2 风能捕获技术的发展趋势15-17
• 1.3 本文主要研究内容17-19
• 第二章 风力发电系统风能转换原理19-33
• 2.1 风速模型19-21
• 2.2 风力机气动原理21-26
• 2.3 双馈发电机数学模型26-28
• 2.4 交流励磁风力发电系统28-32
• 2.4.1 交流励磁风力发电系统28-29
• 2.4.2 交流励磁风力发电系统的运行状态29-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 风力发电系统最大风能捕获方法33-46
• 3.1 神经网络与粒子群优化算法33-35
• 3.2 带遗忘因子的递推最小二乘法35-37
• 3.3 功率反馈法37-38
• 3.4 叶尖速比控制法38-39
• 3.5 三点比较法39-41
• 3.6 爬山搜索法41-45
• 3.7 本章小结45-46
• 第四章 自适应变步长搜索算法46-56
• 4.1 引言46
• 4.2 风力发电系统特性分析46-48
• 4.3 改进的自适应变步长搜索算法48-55
• 4.3.1 改进爬山搜索法48-51
• 4.3.2 引入估计叶尖速比值51-53
• 4.3.3 自适应变步长搜索算法53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 仿真实验及分析56-66
• 5.1 发电机额定转速以下的仿真分析56-62
• 5.2 发电机转速恒定区域的仿真分析62-64
• 5.3 功率恒定区域的仿真分析64-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第六章 结论与展望66-68
• 参考文献68-71
• 在学研究成果71-72
• 致谢72

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