电励磁双凸极直驱风力发电机控制策略及风力机模拟研究

摘要

随着能源危机和环境问题的日益加剧，风能的开发和利用受到世界各国广泛的关注，其中直驱风力发电系统由于机械部分简单、可靠性高、并网控制灵活等优点，成为风力发电领域的重要研究方向之一。
　　本文研究对象是一种新型电励磁双凸极直驱风力发电机系统，其发电机具有可靠性高、成本低、励磁电流灵活可控等优点，在直驱风力发电场合具有广阔的应用前景。本文分析了直驱风力发电机及其控制策略的研究现状，介绍了电励磁双凸极电机在风力发电领域的发展现状，之后对国内外风力机模拟技术的研究现状进行了阐述。
　　首先，针对定桨风力机，介绍了叶尖速比法和功率信号反馈法的基本原理，阐述通过控制发电机的励磁电流来控制发电机的电磁转矩，实现发电机调压及最大风能跟踪控制。在MATLAB中搭建了系统的仿真模型，对系统的工作特性进行了仿真研究，仿真结果验证了以上控制策略的可行性。
　　其次，对风力机模拟技术展开了研究，在分析风力机模拟原理的基础上，设计了基于加速度反馈的动态转矩补偿环节，实现了风力机动态特性的模拟。以直流电机为原动机，应用LabVIEW开发了一套风力机模拟监控系统，并对不同风速下风力机的特性进行了模拟，结果表明该风力机模拟系统理论分析的正确性。
　　最后，设计并搭建了一套基于DSP和CPLD全数字控制的发电机工程化控制柜，在此基础上，以一台10kW、48/32极电励磁双凸极发电机为例，进行了发电机调压及最大风能跟踪控制的实验研究，实验结果与仿真分析相吻合，验证了本文控制策略的有效性。

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注释表

第一章 绪 论

1.1 课题背景与意义

1.2 直驱风力发电机的研究现状

1.3 风力发电机系统控制策略的研究现状

1.4 风力机模拟技术的研究现状

1.5 本文的主要研究内容

第二章 电励磁双凸极风力发电机的工作原理及建模

2.1 电励磁双凸极风力发电机系统的结构

2.2 电励磁双凸极发电机的工作原理

2.3 电励磁双凸极发电机的MATLAB建模

2.4 本章小结

第三章 电励磁双凸极风力发电机系统的控制策略

3.1 系统的稳定性分析

3.2 电励磁双凸极风力发电机系统控制策略的原理

3.3 电励磁双凸极风力发电机系统控制策略的建模与仿真

3.4 本章小结

第四章 低速直驱风力机的模拟研究

4.1 风力机模拟的基本理论

4.2 风力机与直流电机的特性比较

4.3 风力机动静态特性模拟的原理

4.4 本章小结

第五章 电励磁双凸极风力发电机系统的实现

5.1 电励磁双凸极风力发电机系统的总体结构

5.2 风力机模拟系统的设计

5.3 电励磁双凸极风力发电机控制系统的设计

5.4 本章小结

第六章 电励磁双凸极风力发电机系统的实验研究

6.1 风力机模拟特性的实验研究

6.2 DSEG的调压实验

6.3 最大风能跟踪控制策略的实验

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文工作总结

7.2 后续工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附 录