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风能具有随机性和不确定性,风力发电系统是一个复杂系统。简化小型风力发电系统的结构、降低成本、提高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。本论文主要针对小型风力发电系统的运行控制策略进行研究,主要内容归纳如下。
1)首先根据小型风力发电系统的特点,确定了该系统的主要组成。包括小型风力机、永磁同步发电机、整流器、buck—boost变换器、蓄电池和逆变器。本文论文研究的系统在常规的小型风力发电系统组成的基础增加了。buck—boost直接变换器,提高了系统的运行效率和控制的灵活性。
2)根据风力机的空气动力特性,要用到最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking,MPTT)控制方法。根据风能系统的最大功率点跟踪基本原理,提出了一种基于模糊控制具有在线参数调整的自适应占空比扰动法,该方法在不干扰系统正常工作的情况下,能迅速地感知外界的环境变化。实验结果证明该方法能够快速、准确地跟踪风力发电系统的最大功率点。
3)分析了VRLA蓄电池的工作原理及其在应用中存在的问题,针对电源蓄电池管理要求,得出了其五个工作过程的控制结构:恒流充电过程、恒压充电过程、浮充过程、放电和容量检测过程。利用MATLAB的Simulink仿真工具对各个工作过程进行仿真分析,验证了各个工作过程的控制方案的可行性。
4)通过建立三相电压型PWM逆变器在两相同步旋转坐标系下的数学模型,采用了一种PI双环(输出电压外环和电容电流内环)模拟控制方案,通过仿真分析了该控制方案的可行性,最后给出了各种条件下的实验波形。实验结果表明该方案设计简单、实用,并网电流波形良好,并且与电网电压同频同相,可有效地改善动态响应及抗干扰能力。
5)对小型风电转换系统整体系统的主电路、外围电路、采样电路进行设计。并在实验平台下进行各个工作过程实验。实验结果表明,使用该控制器小型风力发电系统能够在低风速下吸收更大功率,达到了预期的目标,同时也为研究新型的小型风电转换系统打下了坚实的基础。