外转子永磁风力发电机系统特性研究

论文摘要

本文参阅了大量的中英文资料,对风力发电的背景,国内外现状及发展动态作了较为全面的阐述。总结了低速直驱外转子永磁发电机型风力发电系统的优越性。由于外转子永磁风力发电机在国内的应用还并不多见,仅有一些发达国家掌握主要的技术,对外转子永磁发电机系统特性的研究具有广泛的实际意义和应用价值。本文主要研究了外转子永磁风力发电系统的起动特性和运行特性。其中,首先引入了风力发电机组的动态特性,对风轮机叶片的空气动力特性进行了分析,介绍了不同风速下风力发电机的控制策略。并采用先进的最大功率俘获算法,有效的从风中获得最大的能量。然后详细研究了外转子永磁风力发电系统的起动特性,建立了外转子永磁电机的数学模型,并从风力发电机的基本结构出发,对起动阻力矩的具体计算公式进行推导,分析了起动阻力矩产生的原因并提出了减小阻力矩的解决措施。然后分析了外转子永磁风力发电系统的运行并网特性。主要基于外转子永磁风力发电机直驱风力发电系统的控制进行了研究。文章在比较了永磁风力发电系统的四种类型变流电路拓扑结构的基础上,提出了一种在考虑现有开关器件功率水平的情况下,符合大功率直驱并网型永磁风力发电机要求的变流电路拓扑结构,即采用“不可控整流+升压斩波+三相SPWM逆变”的电路结构,并对其各部分电路的工作原理进行了分析。然后,文章对变流电路中的逆变并网系统控制进行了设计;对其中电压源型SPWM逆变器采用直接电流控制方法的原理进行了深入的分析。然后搭建了系统整体控制的框图和控制方案。最后采用Matlab/Simulink软件进行了系统并网仿真,取得了良好的仿真结果,对仿真结果进行了详细分析,验证了本文采用方法的正确性,该设计控制技术可以作为实际应用中可取的方案之一,为进一步的深入研究提供了宝贵的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 风力发电发展概况
• 1.2 风力发电技术发展趋势
• 1.3 永磁发电机在风力发电系统中的应用
• 1.4 永磁发电机的特点
• 1.5 课题研究目的和意义
• 1.6 研究方法和主要研究内容
• 第二章 外转子永磁风力发电系统理论分析
• 2.1 外转子永磁风力发电系统组成及工作原理
• 2.1.1 外转子永磁风力发电机结构
• 2.1.2 外转子永磁风力发电机基本原理和数学模型
• 2.1.3 外转子永磁风力发电机特点
• 2.2 永磁风力发电机并网系统比较及变流电路的选取
• 第三章 永磁风力发电机系统特性分析
• 3.1 风力发电机组的动态特性
• 3.1.1 贝兹理论及风能捕获原理
• 3.2 永磁风力发电机起动特性
• 3.2.1 永磁风力发电机起动运行分析
• 3.2.2 永磁风力发电机起动阻力矩
• 3.2.3 永磁风力发电机起动阻力矩产生的原因
• 3.2.4 永磁风力发电机起动阻力矩减小措施
• 3.3 永磁发电侧最大功率点跟踪控制方法
• 3.3.1 永磁发电机等效电路
• 3.3.2 二极管整流电路
• 3.3.3 升压斩波电路
• 3.3.4 最大功率点跟踪控制方法
• 第四章 永磁风力发电系统逆变并网控制
• 4.1 风力发电系统主电路结构
• 4.2 逆变并网控制分析
• 4.2.1 电压型三相SPWM变流器工作原理
• 4.2.2 网型逆变器的数学模型
• 4.2.3 功率控制
• 4.2.4 逆变电路的动态模型
• 4.2.5 直流电压环节控制
• 4.2.6 电压控制器设计
• 4.3 外转子永磁风力发电并网系统仿真分析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢