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小型风力发电系统电能品质控制方法研究

作　者: 刘萍
导　师: 卢秀和
学　校: 长春工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电能品质分析 并网控制 最大风能跟踪
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着世界各国对能源需求的持续增长,煤炭、石油等常规能源的日渐枯竭,能源与发展的矛盾日显突出。人类为了可持续发展,不断寻找可替代的新能源,对可再生能源的开发与利用越来越加以重视。太阳能、水能、风能等可再生绿色能源越来越受到人们的关注,由于太阳能和水能受资金投入和地理环境的影响,在应用上受一定的限制。而风能由于受使用环境影响小,使用成本较为经济等优点而成为世界各国重点发展的新能源。近几年,风能转化技术也有了突飞猛进的发展,其中以小型风力发电为代表的风能转化技术成为风能利用的主流。风力发电在发电以及并网传输过程中,由于风能的间断性、能量的不稳定性以及在并网变频过程中产生波动等自身特点,也影响着风力发电的电能输出质量。然而,随着社会与科技的发展,人们在生产生活中对用电质量的稳定性,连续性也提出了越来越高的要求,因此,如何能输出连续而稳定的高质量电能,也成为本文的研究重点。本文先从了解国内外的风力发电的现状开始,根据国内的相关政策明确了课题研究的内容。在掌握永磁风力发电机变速恒频发电基本原理的基础上,通过对相关电能品质状况的分析,模拟风力机的特性,构建永磁发电机的数学模型以及并网逆变器的模型,确定基本的最大风能跟踪控制策略并为其仿真模型的实现提供了理论依据。其次,从研究并网变流器的设计为切入点,引入瞬时无功功率理论进行检测与控制环节,避免传统的同步坐标系下对有功功率、无功功率的解耦问题。应用PID控制方法,将电压电流双闭环控制来实现对并网逆变器的控制,同时搭建相关的仿真模型来验证双闭环控制系统对改善输出电能品质的可行性。以DSP为核心,将电压电流互感器采样获得的信号作为输入,通过锁相跟踪环节,PI的控制算法,利用输出SPWM波来控制IGBT的驱动模块,达到保持电网电压稳定的效果。最后,针对小型风力发电系统如何获得在最大的风能状态下跟踪监控电能品质进行研究。在研究最大功率跟踪控制策略的基础上,根据扰动法的基本原理,采用一种融合扰动法控制与电流跟踪的功率控制策略来实现最大风能的跟踪,利用MATLAB仿真软件验证了渐进风和周期阵风作用下的跟踪控制的可行性。

全文目录


摘要  2-3
Abstract  3-7
第一章 风力发电综述  7-14
  1.1 课题的背景及意义  7-8
  1.2 风力发电的发展现状  8-13
    1.2.1 国外发展现状  8
    1.2.2 国内发展现状  8-10
    1.2.3 风力发电的分类  10-13
  1.3 课题的内容  13-14
第二章 永磁风力发电机组的模型分析  14-21
  2.1 直驱型风力发电系统的稳态数学模型  14-20
    2.1.1 风力机的数学模型  14-15
    2.1.2 永磁发电机的数学模型  15-19
    2.1.3 逆变器的数学模型  19-20
  2.2 本章小结  20-21
第三章 电能品质分析及并网变流器的控制  21-44
  3.1 并网电能品质的分析  21-24
    3.1.1 并网电压波动和闪变的机理分析  21-22
    3.1.2 并网电压偏差产生原因的分析  22-23
    3.1.3 并网谐波产生的机理分析  23-24
  3.2 并网逆变器的工作原理  24-27
  3.3 并网电压电流的检测  27-31
    3.3.1 并网电压的检测  27-30
    3.3.2 并网电流的检测  30-31
  3.4 并网逆变器的控制策略  31-43
    3.4.1 并网电流电压的同步控制  31-33
    3.4.2 并网电压扰动控制  33-35
    3.4.3 锁相环的基本原理  35-38
    3.4.4 逆变器的电流控制策略  38-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章 风力发电系统的最大风能跟踪控制  44-53
  4.1 最大风能跟踪的控制方式  44-49
    4.1.1 叶尖速比控制方式  44
    4.1.2 功率控制方式  44-45
    4.1.3 占空比控制策略  45-47
    4.1.4 最大功率点的直流电压控制  47
    4.1.5 转速控制  47-49
  4.2 最大功率跟踪方法的实现  49-52
    4.2.1 扰动法基本原理  49-50
    4.2.2 风速变化时最大风能的跟踪  50-51
    4.2.3 最大风能跟踪控制的仿真  51-52
  4.3 本章小结  52-53
第五章 风力发电系统的设计  53-59
  5.1 系统的构成  53-54
    5.1.1 直驱风力发电系统拓扑电路  53
    5.1.2 直驱风力发电系统总体控制方案  53-54
  5.2 控制方法的软件实现  54-56
  5.3 系统硬件的搭建  56-58
    5.3.1 DSP控制框图  56
    5.3.2 DSP外围电路的搭建  56-58
  5.4 本章小结  58-59
第六章 仿真结论及工作总结  59-64
  6.1 MATLAB仿真及其简介  59-60
  6.2 系统仿真  60-63
    6.2.1 仿真参数设定  60-61
    6.2.2 仿真结果  61-63
  6.3 工作总结  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
附录1 系统硬件原理图  68-69
攻读硕士学位期间研究成果  69-70

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 发电、发电厂 > 各种发电 > 风能发电
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