课程设计报告-开关磁阻电机在风力发电系统中的应用.doc

课 程 设 计 报 告 题目:开关磁阻电机在风力发电系统中的应用 学 院： 专业名称： 学生姓名： 班 级： 指导教师： 时 间： 课程设计任务书 开关磁阻电机在风力发电中的应用 一、设计内容 1、了解风力发电用电机的指标要求； 2、掌握开关磁阻电机的结构特点和运行原理，并与双馈感应电机性能进行比较； 3、建立开关磁阻电机风力发电系统的数学模型； 4、通过仿真，得到开关磁阻电机风力发电系统的动态性能； 二、主要技术指标 1、开关磁阻电机风力发电系统数学模型； 2、开关磁阻电机风力发电系统动态性能； 三、进度要求 ***.09.03—***.09.05 查阅资料； ***.09.06—***.09.07 对设计内容1、2进行总结； ***.09.08—***.09.11 开关磁阻电机风力发电系统建模、仿真； ***.09.12—***.09.14 撰写报告； 学 生 指导教师 摘 要 介绍了风力发电机的指标要求，开关磁阻电机（Switched Reluctance Generator，简称SRG）的结构特点和运行原理。并和双馈感应电机进行了简单的比较。建立了开关磁阻电机风力发电系统的数学模型，并通过仿真得到开关磁阻电机风力发电系统的动态性能。本文基于Matlab/Simulink软件建立了SRG 发电系统仿真模型，SRG发电运行时的实际控制量包括开通角、关断角、励磁电压和励磁电流上限值，因此控制非常灵活。控制方法主要有电流斩波控制（CCC）、角度位置控制（APC）和脉宽调制调压控制（PWM）三种。为了能对SRG的控制策略进行优化设计，建立了SRG系统仿真模型，并通过改变参数对系统的特性进行了研究。 关键词：开关磁阻发电机；风力发电；仿真；数学模型；控制策略 目 录 摘要 3 一 引言 4 二 风力发电机的现状分析 4 三 风力发电机的指标要求 4 启动风速 5 额定风速 6 关于年发电量计算 8 风轮叶片数与风力发电机的功率 9 安全性和可控性 10 可靠性和耐久性考核 10 四 开关磁阻电机的结构特点 11 五 开关磁阻发电机的运行原理 11 1）运行原理 11 2） SRG 等效电路 13 六 开关磁阻电机用于风力发电的优势 15 七 双馈感应电机与开关磁阻电机的比较 16 八 开关磁阻电机风力发电系统的数学模型 17 通过建模得到仿真结果如下： 18 九 结语 19 参考文献 19 一 引 言 随着新能源技术的发展，新型大容量电力电子设备及新型风力机叶片的出现，风能作为可再生能源中最重要的组成部分和相对经济的发电方式，由于其清洁无污染、施工周期短、投资灵活、占地少，具有良好的社会效益和经济效益，已受到世界各国政府的高度重视。我国政府制定了发展新能源产业的国家战略，预计到2020年我国风电装机容量将达到1.5 亿kW。因此，风电设备的自主研发制造已关系到国家的重大利益和能源安全，必须立足我国风电产业的自主创新，前瞻性地开展风力发电领域相关理论和技术的研究。本文主要介绍开关磁阻电机在风力发电系统中的应用及目前风力发电机技术的现状。详细说明了开关磁阻发电机的结构及其原理；讨论了开关磁阻发电机的控制驱动部分，并依据实验系统对开关磁阻电机进行了发电机模拟实验，并给出了部分实验结果。 二 风力发电机的现状分析 发电机是风力发电机组中将机械能转化成电能的装置，是将原动力与输出电能连接的工具，它不仅直接影响到输出电能的质量和效率，也影响到整个风电转换系统的性能和结构。因此，研制和选用适合于风电转换、运行可靠、效率高、控制性能良好的发电机系统是风力发电工作的重要组成部分。目前在风电市场，永磁同步电机和无刷双馈电机是应用的主流。而开关磁阻电机主要作为电动机应用。近年来，随着风力发电的快速发展，开关磁阻风力发电机的研究取得了一定的进展。 三 风力发电机的指标要求[1] 风力发电机的性能要从以下几个方面考虑[1]： 启动风速 启动风速：风力机风轮由静止开始转动并能连续运转的最小风速。 切入风速：风力机对额定负载开始有功率输出时的最小风速。 切入风速与输出电压的关系。 发电机负载电压与发电机转速的关系 额定风速 额定风速：使机组达到规定输出功率的最低风速。 相同额定功率时，额定风速越大风轮直径越小，开始调速的风速也越大，有利于控制风力发电机的运转。 额定风速的确定要根据风资源的情况来定，额定风速要针对某个具体的风频分布；但这样风力发电机组成本太高。另一方面，风的分布随机性很大，在同一个地方不同位置都有很大差异；即使同一位置风频分布也会发生变化，因此一般为了适应类似地区的差别，在同一容量的机型中配备几种不同尺寸的风轮,并给出不同的额定风速。国外一般定在风能频率最大点对应的风速