风力发电开关磁阻发电机的研究

发布时间：2017-10-14 08:37

  本文关键词：风力发电开关磁阻发电机的研究

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【摘要】：随着经济的发展和科技的进步,资源和环境问题开始凸显。清洁的可再生能源成为能源需求的方向,风能具有无污染、可再生的优点,因此越来越受到人们的重视。在这一背景下,各国科学界投入大量精力研究风力发电技术。风力发电既可以有效地利用自然资源,又不会产生污染环境的附加物,是一种理想的发电方式。本课题分析了风力发电的发展现状和前景,介绍了风力发电技术的研究现状。对不同风力发电系统的特点进行比较,明确了开关磁阻发电机用于风力发电系统的优势。开关磁阻电机作为一种新类型的发电设备,具有结构简单、成本低廉、耐高温、容错能力强等优点,且具有良好的低速直驱性能,在低速直驱风力发电中具有良好的应用前景。本文围绕开关磁阻发电机(Switched Reluctance Generator, SRG)在小型直驱风力发电中的应用,进行理论分析、仿真研究,并在自主开发的开关磁阻发电机系统实验平台上进行了研究工作。首先,阐述了开关磁阻发电机的基本结构和运行原理,对发电机励磁和发电过程进行了详细的解析分析,重点研究了相电流的解析表达式。介绍了发电机白励发电和他励发电两种发电励磁模式。在原理分析的基础上总结了开关磁阻发电机的控制方式。其次,基于电磁场有限元分析得出的开关磁阻发电机不同定转子位置处的磁化曲线,考虑电机铁芯饱和的影响,采用Matlab/Simulink软件环境建立了外转子开关磁阻发电机的非线性数学模型。详细分析了模型每个模块的结构与功能。同时采用电磁场的有限元方法对外转子开关磁阻发电机的发电过程进行了仿真,以验证基于Matlab软件所建仿真模型的正确性。再次,基于前述建立的开关磁阻发电机仿真模型,对电机的稳态及动态性能进行了仿真实验。在分析的电机的控制策略和输出特性的基础上,研究起励电压、开通角、关断角、转速和外接稳压电容等控制参数对开关磁阻发电机发电过程及稳定发电电压的影响；同时对开关磁阻发电机系统的定子绕组缺相故障进行了仿真分析,以改善开关磁阻发电机的发电容错能力。最后,基于前述的仿真研究结果,研制出外转子开关磁阻发电机的驱动控制系统实验样机,并在实验平台上并进行了相关实验研究。该系统以TI公司的TMS320F2812控制芯片为核心。控制系统的设计包括硬件部分和软件部分,硬件部分包括功率变换器、位置传感器及控制器的设计；软件部分主要是DSP控制程序。这两个部分的设计相互配合,共同控制开关磁阻发电机系统。在开发的外转子开关磁阻发电机系统实验台上进行相关信号测试和器件的功能测试,并进行发电实验。通过实验结果验证理论研究和仿真研究的结论,以及所开发实验平台的正确性。
【关键词】：风力发电 开关磁阻发电机 Matlab/Simulink 建模与仿真 DSP
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM31
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题背景和意义12
• 1.2 风力发电的发展和现状12-13
• 1.3 风力发电技术研究现状13-15
• 1.4 开关磁阻发电机在风力发电系统中的适用性15-17
• 1.5 开关磁阻发电机的研究现状17-18
• 1.6 本课题的研究内容与研究重点18-20
• 第2章 开关磁阻发电机的基本结构与运行原理20-32
• 2.1 开关磁阻发电机的基本结构与原理20-23
• 2.1.1 开关磁阻发电机系统的基本结构20-21
• 2.1.2 开关磁阻发电机的基本原理21-23
• 2.2 开关磁阻发电机励磁模式23-24
• 2.3 开关磁阻发电机的解析分析24-29
• 2.3.1 开关磁阻发电机电感的线性分析24-25
• 2.3.2 相绕组电流解析25-29
• 2.4 开关磁阻发电机系统的控制方式29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 外转子开关磁阻发电机的模型建立32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 开关磁阻发电机基于Matlab/Simulink中的模型建立32-37
• 3.2.1 功率变换器模块33-34
• 3.2.2 开关磁阻发电机模型34-35
• 3.2.3 转子角度位置输出模块35-36
• 3.2.4 电流斩波控制模块36
• 3.2.5 励磁区间控制模块36-37
• 3.2.6 Matlab/Simulink建模仿真波形37
• 3.3 开关磁阻发电机基于Matlab/Simulink模型的有限元法验证37-41
• 3.3.1 开关磁阻发电机模型的建立38-39
• 3.3.2 开关磁阻发电机外电路的搭建39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 开关磁阻发电机输出特性仿真研究42-48
• 4.1 起励电压对输出电压影响42-43
• 4.2 开通角和关断角对输出电压的影响43-44
• 4.3 电机转速对输出电压的影响44-45
• 4.4 稳压电容对输出电压的影响45-46
• 4.5 开关磁阻发电机系统缺相故障仿真分析46-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第5章 开关磁阻发电机控制系统的硬件和软件设计研究48-65
• 5.1 系统硬件电路设计研究48-55
• 5.1.1 功率变换电路49-50
• 5.1.2 驱动电路50-52
• 5.1.3 电流检测电路52-53
• 5.1.4 冲击电流抑制53-54
• 5.1.5 位置检测54-55
• 5.2 系统软件设计55-59
• 5.2.1 软件部分总体结构55-56
• 5.2.2 功能模块设计56-59
• 5.3 外转子开关磁阻发电系统实验及分析59-64
• 5.3.1 测试装置介绍60-61
• 5.3.2 位置信号检测61-62
• 5.3.3 功率元件测试62-63
• 5.3.4 外转子开关磁阻发电系统的发电性能测试63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第6章 总结与展望65-67
• 6.1 全文工作的总结65-66
• 6.2 下一步工作展望66-67
• 参考文献67-71
• 附录：外转子开关磁阻发电机系统控制软件主程序71-84
• 致谢84-85
• 附件85

【参考文献】

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1 黄f，

本文编号：1030106