风力发电系统最大功率追踪控制研究.docx

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1、风力发电系统最大功率追踪控制研究目录摘要错误!未定义书签。Abstract错误!未定义书签。1引言错误!未定义书签。1.1 课题的背景I1.2 风力发电发展情况31.2.1 国外风力发电发展情况31.2.2 国内风力发电发展情况21.3 风力发电技术发展状况21.3.1 恒速恒频发电系统21.3.2 变速恒频发电系统41.4 本文的研究内容及研究意义31.4.1 本文的研究内容31.4.2 本文的研究意义32风力发电系统的分析与模拟32.1 风力发电的基本原理32.1.1 风力发电的基本原理32.1.2 贝茨(BetZ)理论42.2 对风速的模拟与仿真62.3 对风力机的模拟与仿真72.3.1

2、 风力发电机的空气动力学特性72.3.2 对风力发电机的模拟与仿真82.4 直驱永磁同步发电机的模拟与仿真122.4.1 直驱永磁同步发电机的模拟122.4.2 直驱永磁同步发电机的仿真132.5 风力发电系统主电路拓扑152.6 本章总结153风力发电系统最大功率追踪方法及仿真研究163.1 最大风能追踪的控制方法163.1.1 功率信号反馈法163.1.2 叶尖速比控制法163.1.3 三点比较法163.1.4 爬山搜索法173.2 三种爬山搜索法的分析173.2.1 传统爬山搜索法173.2.2 变步长爬山搜索法183.2.3 改进的爬山搜索法193.3 本章总结194风力发电系统最大功

3、率追踪仿真研究204.1 风力发电系统的仿真204.2 三种爬山搜索法的MPPT仿真214.2.1 传统爬山搜索法的MPpT仿真214.2.2 变步长爬山搜索法的MPPT仿真224.2.3 改进的变步长爬山搜索法的MPPT仿真234.3 本章总结25结论25参考文献27致谢29Ahstrarf错误!未定义书签。1 TntrodiICtinn错误!未定义书签。1.1 backgroundI1.2 deve1opmentofwindpower31.2.1 deve1opmentofforeignwindpower31.2.2 deve1opmentofdomesticwindpower41.3 d

4、eve1opmentofwindpowertechno1ogy21.3.1 constantspeedconstantfrequencypowersystem21.3.2 VSCFwindpowergenerationsystem41.4 thecontentandsignificanceofthisstudy31.4.1 researchcontent31.4.2 researchsignificance32 Ana1ysisandSimu1ationofwindpowergenerationsystem32.1 basicprincip1eofwindpower32.1.1 Basicpr

5、incip1eof2.1.1windpower32.1.2 Bates(Betz)theory42.2 simu1ationandSimu1ationofwindspeed62.3 simu1ationandSimu1ationofwindturbine72.3.1 Aerodynamiccharacteristicsofwindturbine72.3.2 Simu1ationandSimu1ationofforwindturbine82.4 simu1ationandSimu1ationofpermanentmagnetsynchronousgenerator122.4.1 Simu1ati

6、onofdirectdrivepermanentmagnetsynchronousgenerator122.4.2 Simu1ationofdirectdrivepermanentmagnetsynchronousgenerator132.5 maincircuittopo1ogyofwindpowergenerationsystem152.6 thischaptersummarizes153 maximumpowertrackingmethodandSimu1ationofwindpowergenerationsystem163.1 maximumwindenergytrackingcont

7、ro1method173.1.1 powersigna1feedback173.1.2 tipspeedratiocontro1method173.1.3 threepointcomparisonmethod163.1.4 mountainc1imbingsearch173.2 Threeana1ysisofc1imbingsearchmethods173.2.1 traditiona1c1imbingsearchmethod173.2.2 variab1estepc1imbingsearchmethod183.2.3 improvedc1imbingsearchmethod193.3 thi

8、schaptersummarizes194 maximumpowertrackingsimu1ationofwindpowergenerationsystem204.1 simu1ationofwindpowergenerationsystem214.2 ThreeMPPTsimu1ationofkindsofmountainc1imbingsearchmethod224.2.1 MPPTsimu1ationoftraditiona1mountainc1imbingsearchmethod224.2.2 MPPTsimu1ationofvariab1estepsizec1imbingsearc

9、hmethod244.2.3 MPPTsimu1ationofimprovedvariab1estepsizec1imbingsearchmethod254.3 thischaptersummarizes25Conc1usions25References27Acknow1edges29风力发电系统最大功率追踪控制研究摘要：本课题设计风力发电机的最大功率追踪控制（MPPT）系统，通过分析几种MPPT控制策略的特点，选取合适的算法，获得最大功率输出。本文首先介绍了课题的研究背景及其意义。其次为了方便实验室研究，开展了模拟风速，以及用直流电动机模拟风力机特性的研究工作。本文介绍了几种最大功率的控制方

10、法：功率信号反馈法、叶尖转速比控制法、三点比较法、爬山搜索法，重点介绍了爬山搜索法，然后又对比分析了三种爬山搜索。通过仿真研究，得出改进的变步长爬山搜索法具有跟踪稳定、效率更高的结论。关键词：风力发电；最大功率追踪控制；模拟风速；直流电动机；模拟风力机Researchonmaximumpowertrackingcontro1ofwindpowersystem(Mechanica1&E1ectrica1EngineeringCo11egeofShandongAgricu1tura1University,Tai,an,Shandong271018)AbstractThisartic1efirsti

11、ntroducestheresearchbackgroundandsignificanceofthesubject.Second,inordertofaci1itate1aboratoryresearch,carriedoutsimu1atedwindspeed,windturbinecharacteristicsandresearchworkwithaDCmotorsimu1ation.Thisartic1edescribessevera1methodstocontro1themaximumpower:powersigna1feedbackmethod,thetipspeedratiocon

12、tro1method,threecomparative1aw,c1imbingsearchmethod,thisartic1efocusesonthec1imbingsearchmethod,andthenana1ysesandcomparesthreec1imbingsearchmethods.Throughsimu1ationstudies,thisartic1econc1udesthattheimprovedvariab1estepc1imbingsearchmethodhastrackingstabi1ityandhigherefficiency.Keywords：WindPower；

13、MPPT；Simu1ationofwindspeed；DCmotor；Simu1ationofwindturbine1引言1.1 课题的背景随着世界经济的发展，能源的消耗逐渐增加，同时由于煤炭、石油的大量使用，工业有害物质的排放量与日俱增，并且煤炭、石油等常规能源逐渐枯竭。因此，保护环境和缓解能源危机刻不容缓。为了实现这一目的，解决环境问题，缓解能源危机，造福子孙后代，世界各国开始寻求和探索可再生能源的开发和利用。风能在可再生能源中是有潜力、廉价的能源。风力发电进入大发展阶段是从90年代开始的。利用风能这样的可再生能源也是走可持续发展道路，建设和谐社会、和谐世界的重要一环。1.2 风力发电发展

14、情况1.2.1 国外风力发电发展情况19世纪末，风力发电机组首先由丹麦人研制成功，紧接着，世界各国开始探索研究,直至今天，世界上越来越多的国家致力于风力发展。欧洲的装机容量是全球各地装机容量最大的地区，预计在15年之后一半的欧洲人口将会使用风力发电。在欧洲以外，大力发展风电的国家主要有美国、中国、印度、加拿大和日本等。到目前为止，已有82个国家正在积极发展风力发电。目前，全球风力发电累计装机容量在逐年增长，根据全球风能协会（GWEC）统计，2013年，全球风力发电总装机的容量为318105MW,如表1-1所示。表1-12004年至2013年全球风力发电累计装机容量年份（年）累计装机容量（MW）

15、200447,620200559,091200673,938200793,8892008120,6242009158,9752010198,0012011238,1262012283,1942013318,105根据风力发展国的规划，对于未来，风电仍有很大发展空间。以欧洲为例，到2023年计划实现可再生能源占到总发电量的20%,其中风电占到12%o目前，主要国家的风电覆盖率均处于比较低的水平，而且全球平均风电仅占总发电量的1.19%。从总体来看,美中印以及欧的风电市场增长非常迅速。1.2.2 国内风力发电发展情况面对环境污染和资源短缺的压力，我国迫切需要走出一条有中国特色的新型能源发展道路网，实现可持续发展。我国的风力发电事业起步较晚,但在国家的支持下，风力发电取得了快速发展。在1983年，山东荣成引进了风电机组，我国开始了风电场的运转试验。利用风能并网发电在我国已经开展了30多年，但风电仍未走出“试验”的阶段。截