离网式垂直轴小型风电控制系统设计

发布时间：2017-06-20 01:08

  本文关键词：离网式垂直轴小型风电控制系统设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着不可再生能源面临枯竭、环境日益恶化、经济和科技迅速发展等因素的驱动下,可再生能源开发技术的发展空间日益壮大,其中风能开发尤为突出。在我国,离网式小型风电技术是解决偏远地区,如高原、海岛、牧区和特殊环境居民用电问题的主要方式。但由于自然风季节性变化和负载波动变化,使得离网式小型风力发电系统的应用受到一定限制,无法得到推广。本文采用小型垂直轴风力发电机为研究对象,其启动风速低,可以被应用到更多的环境中。本文主要在离网式风电系统最大功率点跟踪控制(MPPT)、蓄电池充放电控制问题上进行学习和研究。对比现有风电系统中最大功率点跟踪(MPPT)方法,对叶尖速比控制、功率信号反馈控制和扰动观察法等控制策略的原理进行学习和分析。确定采用适合小型风电系统的变步长扰动法来进行最大功率点的跟踪控制,该方法改善了扰动观察法因扰动变量大小的选取上存在不合理,而造成系统转换效率低、易扰动出错的缺点;并结合分阶段充电法和最大功率点跟踪控制策略的充电方法有效地提高蓄电池的充电效率,同时保障电池的充电稳定,延长电池使用寿命。通过在Matlab/Simulink环境下进行仿真分析,验证了本文设计的最大功率跟踪控制方法和蓄电池充电策略有效性。最后通过实验得到,本文设计的离网式垂直轴小型风电控制系统,所采用的最大功率点跟踪控制和蓄电池充放电控制策略,较好地实现设计的功能,达到了提高离网式小型风电系统运行可靠性和稳定性的目的。
【关键词】：离网式垂直轴 变步长扰动法 最大功率跟踪 Matlab/Simulink
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 本课题研究的背景和意义8-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 离网式小型风电研究现状11-12
• 1.2.2 离网式小型风力机分类12-13
• 1.2.3 蓄电池充电技术介绍13-14
• 1.3 本课题的主要研究内容14-15
• 2 离网式垂直轴风电系统介绍15-29
• 2.1 系统结构介绍15-17
• 2.2 垂直轴风力机的工作原理17-24
• 2.2.1 风速模型17-18
• 2.2.2 风力机特性18-22
• 2.2.3 垂直轴风力机工作特性和数学模型22-24
• 2.3 永磁发电机工作原理及模型24
• 2.4 蓄电池工作原理及数学模型24-25
• 2.5 电能转换单元和控制单元25-28
• 2.6 本章小结28-29
• 3 离网式风电系统控制技术研究29-43
• 3.1 离网式风电系统最大功率跟踪方法29-37
• 3.1.1 已有的最大功率跟踪方法29-32
• 3.1.2 基于电压跟踪的变步长扰动观察法32-37
• 3.2 蓄电池充电策略37-42
• 3.2.1 常用的蓄电池充电方法37-39
• 3.2.2 结合最大功率跟踪的充电方法39-42
• 3.3 本章小结42-43
• 4 风力发电系统的模型与仿真43-57
• 4.1 系统各个模块模型43-49
• 4.2 仿真分析49-56
• 4.2.1 恒定风速下最大功率跟踪控制分析49-51
• 4.2.2 组合风速下最大功率跟踪控制分析51-54
• 4.2.3 蓄电池充电仿真分析54-56
• 4.3 本章小结56-57
• 5 离网式垂直轴小型风电系统实验57-73
• 5.1 系统硬件平台设计57-64
• 5.1.1 主要部件选型57-60
• 5.1.2 电压电流检测电路60-61
• 5.1.3 主变换电路设计61-64
• 5.2 系统软件设计64-67
• 5.2.1 软件平台介绍64
• 5.2.2 程序流程设计64-67
• 5.3 系统测试及分析67-72
• 5.3.1 实物实验67-70
• 5.3.2 实验分析70-72
• 5.4 本章小结72-73
• 总结展望73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-78
• 攻读学位期间发表的学术论文及研究成果78

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本文编号：464218