直驱式永磁电机在高空风力发电中的应用研究

论文摘要

在追逐绿色电力的热潮中,人们不断寻求新的绿色能源,在对陆地以及海上风力发电进行了研究开发后,近年来人们又将目光投向高空,提出了高空风力发电的概念,即用高空风能捕获装置驱动发电机进行发电。本文主要研究直驱式永磁电机在高空风力发电中的应用。首先,对直驱式永磁风力发电机组进行了详细分析,根据机组各个部分的动态特性,建立其数学模型;对机组的控制系统进行分析,建立控制系统模型,并进行了仿真研究,仿真结果验证了数学模型的正确性和控制策略的有效性。然后,对风力发电机组最大功率追踪算法进行研究。对比现有的最大功率追踪方法,选择了爬山搜索法进行研究分析;针对传统爬山搜索法所固有的缺陷,对其进行了改进;搭建仿真模型对改进的变步长爬山搜索法和三点比较法进行了仿真研究,仿真结果表明,改进后的爬山算法提高了系统的稳定性,更加适用于高空风力发电系统的控制。最后,研究分析了高空风力发电在实际应用中的偏航、解缆问题,采用了基于应力偏差检测的风向检测方法,并进行理论分析;结合现有的高空风力发电经验,与塔筒式风力发电相比较,运用容量因数分析了高空风力发电在实际运行时的经济性;从技术、经济和所面临的困难等方面对高空风力发电的应用前景进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 高空风力发电国内外研究现状
• 1.2.1 风力发电技术的发展概况
• 1.2.2 高空风力发电技术的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 直驱式风力发电机组控制系统设计
• 2.1 直驱式永磁风力发电系统结构
• 2.2 永磁风力发电机组数学模型
• 2.2.1 风力机数学模型
• 2.2.2 传动系统数学模型
• 2.2.3 永磁电机数学模型统
• 2.3 直驱式永磁风力发电机组控制系统设计
• 2.3.1 永磁风力发电机控制系统结构
• 2.3.2 永磁风力发电机组控制系统设计
• 2.4 直驱式永磁风力发电机组控制系统仿真
• 2.5 本章小结
• 第3章 风力发电机组最大功率追踪算法研究
• 3.1 风力发电机组控制策略分析
• 3.1.1 定桨距控制策略
• 3.1.2 变桨距控制策略
• 3.2 风力发电机组可利用风能分析
• 3.2.1 理论上可利用风能分析
• 3.2.2 实际上可利用风能分析
• 3.3 风力发电机组最大功率追踪技术
• 3.3.1 最大功率追踪原理
• 3.3.2 最大功率追踪方法
• 3.4 爬山搜索算法研究
• 3.4.1 爬山搜索算法原理
• 3.4.2 爬山搜索算法流程图
• 3.5 本章小结
• 第4章 改进的最大功率追踪算法
• 4.1 传统爬山搜索法的缺陷
• 4.2 改进的爬山搜索算法
• 4.2.1 基于斜率的变步长爬山搜索法
• 4.2.2 基于最佳直流控制的爬山搜索算法
• 4.2.3 基于最大功率给定的爬山搜索算法
• 4.2.4 基于三点比较法的爬山搜索算法
• 4.3 改进的爬山搜索算法仿真研究
• 4.3.1 仿真模型的实现
• 4.3.2 仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 永磁电机在高空风力发电中的应用
• 5.1 高空风力发电的偏航问题
• 5.1.1 风向检测的方法
• 5.1.2 高空风力机的解缆方法
• 5.2 高空风力发电的容量因数
• 5.3 高空风力发电应用前景
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢