独立运行小型风力发电系统的研究

风能和负载具有随机性和不确定性,本文提出的负载跟踪和充放电集成控制方法有利于提高独立运行小型风力发电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。 本文综述了风力发电及其控制技术的发展状况,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变换器的系统结构。这种结构有利于实现负载跟踪和充放电集成控制,且具有结构简单、可靠性高等优点;给出了支持功率控制策略且结构简单的小型风力发电系统结构,它包括风力机、永磁同步发电机(PMSG)、二极管整流桥、Buck变换器、蓄电池、逆变器和控制器;在分析风力机、负载和蓄电池工作状态的基础上,提取出集成控制系统的工作模式,给出了基于直流侧电压、电流确定工作模式的检测方法及各种工作模式之间的转换关系;给出了实现集成控制系统工作模式相应的控制策略,主要包括最大功率控制、负载跟踪和蓄电池充放电控制、运行保护控制;在分析系统工作原理基础上,建立系统部件的数学模型及系统完整的仿真模型,并给出了风力机输出功率与Buck变换器占空比特性曲线的模拟结果。