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随着能源问题和环境问题的日益突出,风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视。全球的风能蕴藏量巨大,大约为2.74×109MW,其中可利用的风能为2×107MW,比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍[53]。中国风电行业发展比较迅速,但与国际风电行业的发展水平还有很大差距,国内的风电设备主要依靠进口,对外依赖性强,相比火电成本的劣势阻碍了风电行业的发展,风力发电越来越受到人们的重视。同时,风力发电技术也成为各国学者竞相研究的热点。本文主要围绕开关磁阻电机(SwitchedReluctanceMotor,简称SRM)在风力发电领域中的应用,展开了较为全面的从理论分析到仿真验证。
首先,本文结合大量的文献资料,全面总结和分析当前风力发电及风力发电技术的发展现状和前景。提出开关磁阻电机适于风力发电的几大优势,进一步明确开发开关磁阻电机风力发电系统的意义。
其二,对开关磁阻发电机系统(SwitchedReluctanceGeneratorSystem,简称SRG)的结构及工作原理进行阐述。介绍了SRG的两种工作模式,对SR发电机自励建压特性进行理论分析;讨论了SR发电机的线性数学模型;系统、深入地研究了SR电机发电运行的控制方式;对开关磁阻风力发电系统的结构、最大风能追踪控制原理及控制方案进行探讨。
其三,建立了SRG系统的数学模型,在此基础上用Matlab/Simulink仿真软件建立了SRG系统的仿真模型,分别对SRG开环系统、电压闭环系统的建压过程、变负载动态过程、变转速动态过程及开关磁阻风力发电系统最大风能追踪控制进行仿真分析,并得出相应的结论。
最后,根据发电机的电压输出特性,采用DC-AC技术实现并网发电。开关磁阻发电机属交流电机范畴,能够采用逆变技术实现并网发电;或通过其自身控制器的合理设计和控制,直接实现交流发电。