风力发电提水系统变频调速的研究

摘要

在偏远无电地区推广风力发电提水技术，不仅能解决当地居民和牲畜的饮水难题，而且还能有效利用丰富的风能资源。在风速波动的情况下，为了提高风力发电提水系统的运行效率和可靠性，本文采用准Z源逆变器替代升压斩波电路级联电压型逆变器的电路结构。为了使风力发电提水系统能够协调运行，本文根据风速的变化使用变频矢量调速方法实时调节水泵电动机的转速，论文的主要研究内容如下：
　　本文介绍了风力发电提水系统的研究意义和背景，并对国内外研究现状进行了阐述。设计了风力发电提水系统结构，并对该系统各个组成部分的特性进行了详细的分析。
　　本文详细分析了准Z源逆变器的工作原理并建立了数学模型。通过三次谐波注入SPWM的调制方法提高了准Z源逆变器的直流电升压倍数。
　　本文分析了三相异步电动机变频矢量控制原理，并在风力发电机输出功率变化的情况下，采用上述方法实时调节了水泵电动机的转速。根据用户的实际情况，对电动机、水泵和风力发电机进行了配套选型，同时对组成准Z源逆变器阻抗网络的电容、电感和二极管进行了参数设计。
　　本文搭建了风力发电提水系统仿真模型，对风力发电机、准Z源逆变器、以及风力发电提水系统变频矢量调速方法进行了仿真分析，仿真结果表明采用准Z源逆变器替代升压斩波电路级联电压型逆变器的电路结构，能够保证风力发电提水系统稳定运行，提高系统运行效率和可靠性；根据风速的变化，采用变频矢量调速方法实时调节水泵电动机的转速，不但可以降低三相异步电动机的启动电流，而且能够使风力发电提水系统在风大时多抽水，风小时少抽水。

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