基于DSP的磁阻电机风力发电系统研究

论文摘要

随着能源问题和环境问题的日益突出,作为一种清洁的可再生能源,风力发电越来越受到人们的重视,同时,风力发电技术也成为各国学者竞相研究的热点。本文主要围绕开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)在风力发电领域中的应用,展开了较为全面的从理论研究到仿真分析的探索。首先,本文结合大量的文献资料,全面总结和分析当前风力发电及风力发电技术的发展现状和前景。提出开关磁阻电机适于风力发电的几大优势,进一步明确开发开磁阻电机风力发电系统的意义。其次,对开关磁阻发电机系统(Switched Reluctance Generator System,简称SRG)的结构及工作原理进行阐述。介绍了SRG的两种工作模式,对SRG自励建压特性进行理论分析；讨论了SRG的各种数学模型；系统、深入地研究了SRG发电运行的控制方式；对开关磁阻风力发电系统的结构及控制方案进行探讨。其三,建立了SRG系统的数学模型,在此基础上用Matlab/Simulink仿真软件建立了风力机及SRG系统的非线性仿真模型,对SRG采用电流斩波控制方式；通过仿真,验证了SRG非线性模型的正确性,实现变速恒频风力发电,为发电提供有效的手段和工具。其四,对系统的控制策略进行了优化,设计了模糊控制器,通过仿真分析验证了该方法具有较强的鲁棒性和可行性。其五,设计了基于DSP的无位置传感器检测方案,证明了系统具有良好的低速运行特性,动态响应快的优点。最后,进行了以TMS320LF2407A为核心的硬件设计并给出了软件设计思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 我国能源可持续发展的现实选择
• 1.2 国内外风力发电概述
• 1.3 风力发电技术研究现状
• 1.4 本论文的主要内容
• 2 风力发电系统基本结构及工作原理
• 2.1 风力机基本结构及工作原理
• 2.1.1 风力机结构
• 2.1.2 风力机工作原理
• 2.2 开关磁阻发电机基本结构及工作原理
• 2.2.1 开关磁阻发电机基本结构
• 2.2.2 开关磁阻发电机工作原理
• 2.2.3 开关磁阻发电机特点
• 2.3 开关磁阻风力发电系统的基本结构与工作原理
• 2.4 开关磁阻发电机的发电模式
• 2.4.1 SRG两种发电模式介绍
• 2.4.2 SRG自励磁机理
• 2.5 开关磁阻发电机的控制方案
• 2.5.1 角度位置控制
• 2.5.2 脉管调制控制
• 2.5.3 电流斩波控制
• 3 SRG模型建立及特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 SRG基本方程
• 3.2.1 电路方程
• 3.2.2 机械方程
• 3.2.3 机电联系方程
• 3.3 SRG的数学模型
• 3.3.1 开关磁阻发电机线性模型
• 3.3.2 开关磁阻发电机准线性模型
• 3.3.3 开关磁阻发电机非线性模型
• 4 开关磁阻风力发电系统模型建立及仿真
• 4.1 仿真软件Matlab/Simulink简介
• 4.2 风力机模型
• 4.3 开关磁阻风力发电机非线性模型的建立
• 4.4 系统控制参数优化
• 4.4.1 PID控制
• 4.4.2 模糊控制
• 4.4.3 参数设置
• 5 基于DSP的无位置传感器检测方案设计
• 5.1 SRG磁链模型
• 5.2 基于DSP的无位置传感器SRG系统设计
• 5.2.1 电流控制器
• 5.2.2 磁链积分器
• 5.2.3 转速估算模块
• 6 SRG系统硬件设计
• 6.1 DSP控制器
• 6.1.1 TMS320LF2407数字信号处理器
• 6.2 功率变换器主电路设计
• 6.2.1 主开关管驱动电路设计
• 6.2.2 主开关管器件选择及参数计算
• 6.2.3 驱动电路设计
• 6.2.4 IGBT的保护
• 6.3 电流检测电路
• 6.4 电压保护电路
• 7 系统软件设计
• 7.1 初始化程序
• 7.2 主循环程序
• 8 总结
• 9 展望
• 10 参考文献
• 11 攻读硕士学位期间论文发表情况
• 12 致谢