开关磁阻发电机系统效率优化控制研究

发布时间：2020-08-10 15:51

【摘要】：能源问题和环保问题极大地促进了风电事业的发展,与此同时小型风电不仅作为大型风电的有效补充,同时以小规模、分散方式布置在用户附近,能独立输出电能,具备投资省、适用气候条件广泛、适宜安装地域广阔等优点,迎来了良好的发展契机。相较于现有的小型风力发电机,开关磁阻发电机的体积小质量轻、工作转速范围宽、容错性能好、可靠性高以及高温高速运行性能优良,将其应用于小型风电领域具有很大的优势,市场前景十分广阔。然而目前开关磁阻发电机的功率密度与发电效率低于永磁同步发电机,限制了其推广与应用。本文以提高开关磁阻发电机系统的功率密度与发电效率为目的,在控制参数优化等方面进行研究,提高系统的发电性能,增强开关磁阻发电机的市场竞争力。本文首先介绍了课题研究背景,总结出开关磁阻发电机应用于小型风电领域的优势与不足,并从开关磁阻发电机磁链特性建模、功率变换器拓扑设计以及控制参数优化与性能提升三方面详细介绍了国内外研究成果。其次,以开关磁阻发电机的磁链-电流轨迹为基础,结合能量守恒定律,给出了电磁功率估算方法,为后续效率在线优化提供定量分析依据。此外分析了开关角对系统发电效率的影响,为设计效率优化方法奠定理论基础。然后,给出两种效率优化方法:基于混合搜索的效率优化法和基于开关角在线控制的效率优化法。基于混合搜索的效率优化法将关断角设置在最优值并保持不变,通过两个阶段优化开通角:第一阶段使用拟合公式计算出开通角初始值,并以此构造开通角优化区间;第二阶段在开通角优化区间内采用预测法或黄金分割法迭代调节开通角,使系统发电效率增加,如此反复系统最终稳定运行于效率最优值。而基于开关角在线控制的效率优化法根据开关磁阻发电机的数学模型和电磁特性推导出最优效率对应的参数特征值,采用PI闭环调节开关角,使系统参数处于特征值附近,从而实现开关角自动调节及系统发电效率最优。然后,在Simulink环境下建立了开关磁阻发电机系统基本仿真模型、基于混合搜索的效率优化仿真模型和基于开关角在线控制的效率优化仿真模型,并进行相应仿真。通过对仿真结果分析,验证了基于混合搜索的效率优化法和基于开关角在线控制的效率优化法的可行性。最后,设计了开关磁阻发电机系统实验样机平台,包括系统硬件设计与软件程序设计,给出了各硬件部分详细的设计步骤和软件部分的程序流程图,并进行相应的实验,既验证了系统硬件设计与软件程序设计的正确性及可靠性,也进一步验证了基于混合搜索的效率优化法和基于开关角在线控制的效率优化法的有效性和准确性。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM352
【图文】：

实验样机,平台,开关磁阻发电机

关磁阻发电机系统效率优化实验fficiency Optimization Experiments of Swctance Generator System验平台（Experimental Platform）验证系统设计方案及控制策略的准确性和有效性，建立了开关磁阻实验样机平台，如图 5-1 所示，原动机与开关磁阻发电机通过转矩轴连接。开关磁阻发电机电气参数、开关磁阻发电机几何参数和转参数分别见表 5-1、表 5-2 和表 5-3。ZJ-50 型转速转矩传感器基位差原理，通过上位机软件能在线显示输入机械转矩、转速及输信息，但其数据更新速度较慢，约为 0.1s，此外数据信息很难直接电机系统的控制器所利用，因此往往作为离线转矩测量与验证的

【参考文献】