开关磁阻风电系统控制技术研究

【摘要】： 近年来随着能源问题的日益加剧,可再生能源的使用已经成为能源结构的必然发展趋势。风能因其简单清洁,机动灵活的优点,能够切实满足当今社会的能源需求,风力发电行业在我国正处于蓬勃兴起的态势。 本文主要基于开关磁阻发电机(Switched Reluctance Generator, SRG)在风力发电场合的应用,针对相关的控制技术展开了较为全面的探索,包括了详尽的理论分析以及仿真研究。 首先,本文在查阅大量文献资料的基础上,简要总结了风能资源利用的历史及发展进程,介绍了几种常用的变速风力发电机组,并提出开关磁阻风力发电机组的独特优势,以及在国内外取得的傲人成果,进一步明确了研究意义。其次,阐述了开关磁阻发电系统的工作原理,针对其实际工作中的非线性进行了深入的分析,并讨论了SRG的三种控制方式,对自励模式下的发电、建压过程进行了深入探讨。在傅里叶级数的基础上建立了SRG的非线性数学模型,并在MATLAB仿真平台上构建了相应的仿真模型。 其三,着重探讨了电流斩波控制方式(CCC)下SRG系统的运行,对SRG开环与闭环状态下的工作状况进行比较,针对输出电压的谐波抑制问题,详细阐述了电压闭环控制系统的设计过程。电压闭环控制器分别采用常规PID与模糊PID控制方式以达到稳压,并在此基础上对滤波电容进行优化,进而提出了等效串联电阻的概念。仿真实验证明,在中低风速范围下可以取得良好的控制效果。 其四,着重探讨了SRG的角度位置控制(APC),针对单脉冲模式下,电压闭环控制器失效的问题,提出了励磁角度的闭环控制策略,通过电机的工作状态变化对开通角与关断角进行动态调节,从而控制绕组电流,保证输出电压的稳定。仿真实验证明,励磁角度的闭环控制方案为SRG系统在高风速、重负载等环境下的稳定发电提供了有效的手段和工具。 其五,着重解决开关磁阻风力发电系统中交流输出的电能质量问题,提出利用SVPWM过调制技术作为逆变单元的技术支撑,在SRG风电系统已经获得理想的直流输出的基础上,交流输出的质量就主要取决于逆变电路的性能。相关的仿真实验可以证明,SVPWM过调制技术能保证发电系统具有优良的静态与动态性能,实现稳定供电,能够切实满足用电用户的需要。 本文相关的仿真研究都取得了良好的控制效果,验证了控制方案的可行性和正确性,为SRG风力发电机组的实际工程应用提供了一定的指导意义。

【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM352