20KW垂直轴开关磁阻风力发电机控制系统设计与关键技术研究

发布时间：2023-02-12 16:05

　　风力发电未来的发展方向是逐步由集中式向分布式发展。水平轴风力机由于噪声巨大,体积结构庞大、成本高、控制操作复杂等不太适合分布式布局,垂直轴风力机以其体积小,发电效率合适,成本低,控制简单等优势符合分布式新能源发电技术的要求。开关磁阻发电机(Switched Reluctance Generator,简称SRG)本身具有容错率高、生产成本低、结构简单等优势,非常适合垂直轴风力机的要求,未来会成为分布式新能源发电技术的主力机型。针对开关磁阻发电机由于双凸极结构所造成的高耦合和强非线性等问题,本文着重分析了SRG运行中机电能量转换关系。根据SRG设计要求,利用有限元分析得到开关磁阻发电机的磁链、角度和电流数据,确定其非线性模型。本文以开关磁阻风力发电机控制系统和控制算法为研究对象,通过对SRG控制系统结构和功能的分析,在传统转速反馈控制的基础上改进最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,简称MPPT)算法,即基于模糊逻辑控制下实现系统参数的自整定,完成最大功率跟踪控制,实现MPPT功能,提高风能的利用率。对20kW开关磁阻发电控制系统,完成功率变换电路、驱动电...

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 开关磁阻发电机国内外发展概况
        1.2.1 开关磁阻发电机国外研究现状
        1.2.2 开关磁阻发电机国内研究现状
    1.3 开关磁阻电机在风力发电系统中的优势
    1.4 本文研究内容
第2章 SRG运行原理及其数学模型分析
    2.1 SRG运行原理分析
        2.1.1 SRG发电原理
        2.1.2 SRG能量转换分析
    2.2 开关磁阻发电机基本方程式
        2.2.1 电机的电路方程
        2.2.2 电机的机械运动方程
        2.2.3 机电联系方程
    2.3 开关磁阻电机线性模型
    2.4 MPPT的算法及实现方法
        2.4.1 MPPT算法分类
        2.4.2 MPPT实现方法
    2.5 本章小结
第3章 SRG控制系统算法研究及其仿真
    3.1 SRG控制系统组成
    3.2 功率变换器的拓扑结构
    3.3 MPPT算法及实现原理
        3.3.1 最大功率跟踪机理
        3.3.2 SRG风力发电模糊控制器设计
        3.3.3 模糊控制规则的建立
    3.4 开关磁阻发电机非线性模型建立
        3.4.1 SRG非线性仿真模型
        3.4.2 SRG仿真控制系统
    3.5 风轮机结构参数设计与仿真模型
        3.5.1 风轮机的结构参数设计
        3.5.2 风轮机仿真模型的建立
    3.6 仿真验证
        3.6.1 不同风速下的波形分析
        3.6.2 负载突变时系统的调节特性
        3.6.3 角度控制仿真分析
        3.6.4 稳态性能
        3.6.5 动态性能
    3.7 本章小结
第4章 开关磁阻发电控制系统硬件设计
    4.1 主控制器设计
    4.2 驱动电路
    4.3 功率变换电路设计
        4.3.1 主开关器件
        4.3.2 续流二极管选型
        4.3.3 滤波电容
    4.4 位置检测电路
    4.5 电源电路设计
        4.5.1 驱动电源设计
        4.5.2 控制电源电路设计
    4.6 相电流检测电路
    4.7 母线电压检测电路
    4.8 本章小结
第5章 控制系统软件设计
    5.1 主程序设计
        5.1.1 初始化子程序
        5.1.2 位置信息检测子程序
        5.1.3 启动子程序
        5.1.4 A/D采样子程序
        5.1.5 角度位置和MPPT控制子程序
    5.2 实验结果及分析
        5.2.1 位置信号和母线电流测试
        5.2.2 单片机驱动信号、相电压和直流母线电压测试
    5.3 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3741405