小型直驱永磁风力发电系统研究与设计

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永磁直驱风力发电机组由于机械损耗小、运行效率高、维护成本低等优点,成为继双馈感应风电机组之后的又一重要机型而受到广泛关注,并逐渐开始投入使用,掌握其运行特性并提高风电机组的风能捕获效率是风力发电领域的重要研究课题。  对于独立运行小型风力发电系统,最大功率点追踪(MPPT)控制是提高功率转换效率的重要方法,有利于提高系统的可靠性及实现系统优化运行,具有重要的理论意义和实际应用价值。  本文综述了小型风力发电系统的发展状况,论述了小型风力发电系统的基本组成、工作原理及风力机、发电机、蓄电池等各组成部分的运行原理;在分析现有结构的基础上,提出了包括不可控桥式整流器和Buck变换器,蓄电池,逆变器和控制器的系统结构。该系统具有结构简单、可靠性高等优点。在分析系统工作原理基础上,建立了系统中各单元的数学模型并系统的仿真平台。给出了风力机输出功率与Buck变换器占空比特性曲线的仿真结果。  分析了叶尖速比控制、功率信号反馈控制和爬山搜索法等几种现有的功率点追踪策略。重点研究了适合独立运行小型风力发电系统的爬山算法,编程实现了传统爬山算法和变步长爬山算法。根据仿真结果,针对这两种算法的不足,提出了三点法,并且编程实现了的三点法。通过平台仿真验证了所构建控制算法的可行性和优越性。仿真结果表明:与传统爬山算法和变步长爬山算法相比,三点法控制策略提高了最大功率点跟踪的快速性和准确性。
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