风力发电系统最大功率追踪控制方法的分析与仿真毕业论文.doc
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1、风力发电系统最大功率追踪控制方法的分析与仿真Analysis and Simulation on Maximum Power Point Tracking Control Method of Wind Power by Zhang PeinanSupervisor: Associate Professor Su HongyuHei long jiang University Cambridge collegeMay 2012毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注
2、和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日期: 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 学位论文
3、原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉
4、密论文按学校规定处理。作者签名:日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价:一、撰写(设计)过程1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论
5、文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格三、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良 中 及格 不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩: 优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)指导教师: (签名) 单位: (盖章)年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价:一、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格二
6、、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良 中 及格 不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩: 优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)评阅教师: (签名) 单位: (盖章)年 月 日教研室(或答辩小组)及教学系意见教研室(或答辩小组)评价:一、答辩过程1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、
7、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格三、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良 中 及格 不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩: 优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)教研室主任(或答辩小组组长): (签名)年 月 日教学系意见:系主任: (签名)年 月 日毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)题目:风力发电
8、系统最大功率追踪控制方法的分析与仿真设计(论文)的基本内容:(1)了解风机发电机的工艺机理;(2)建立风力发电系统模型;(3)讨论风电系统最大功率调节方法;(4)以MATLAB为工具,对上述研究进行仿真。毕业设计(论文)专题部分:题目:设计或论文专题的基本内容:学生接受毕业设计(论文)题目日期 第2周指导教师签字:2012年3月8日风力发电系统最大功率追踪控制方法的分析与仿真摘 要能源、环境是当今人类生存和发展所需要解决的紧迫问题。常规能源如:煤、石油、天然气等,不仅资源有限,而且其应用时造成了严重的环境问题。而风能最为一种清洁可再生能源,发展迅速,已经成为世界新能源最主要的发展方向之一,因此
9、,对风能的开发和利用已经受到了世界各国的高度重视。本文以直驱式永磁同步风力发电系统为例,对目前常用的几种风力发电系统最大功率跟踪控制方法进行了讨论和比较,并以其中的一种方法为例进行了仿真验证。本文在分析国内外风力发电的现状以及风电产业现状的基础上,首先介绍了风力发电系统的总体结构和各组成部分的结构及其运行原理,分析了风力发电机最大功率跟踪控制的基本原理和方法,比较了最佳叶尖速比控制、最佳功率曲线控制和爬山搜索法。基于他们的数学模型在MATLAB/SIMULINK中分别搭建了包括风力机气动模型、坐标系下永磁发电机模型和控制系统模型等,在此基础上建立了直驱式永磁风力发电系统的模型,并采用最佳叶尖速
10、比控制法,对风力机在额定风速以下进行了仿真,通过仿真验证了该方法的控制效果。关键词:风力发电;最大功率点跟踪;风力机模拟;仿真Analysis and Simulation on Maximum Power Point Tracking Control Method of Wind Power AbstractThe environment and energy are urgent problems of survival and development of human .Mainly, Conventional energy like coal,oil and natural gas i
11、s not only restricted ,but also causing serious air pollution .As a clean and renewable energy , the wind power has gotten a quick development and become one of the most promising new energies. Therefore, the utilization of wind power development is regarded by many countries in the world. By taking
12、 direct-drive permanent magnet synchronous wind power system as an example, several maximum power point tracking control method of the current wind power generation system is discussed and compared in this paper, then one of the methods is simulated and verified.Based on the current status and foreg
13、round of wind power industrial home and abroad, the paper firstly describes the structure and composition of wind turbines operating principle, and secondly analysis maximum power of the wind turbine control principles and methods, and then compares the optimum tip speed ratio control, the best powe
14、r curve control, and mountain climbing search method. Then a model of permanent magnet direct drive wind turbine is built in MATLAB/SIMULINK based on the mathematical model, include rotor model, permanent magnet generator model and the control system model. And the simulation models are used to vali
15、dating the method of the optimum tip speed ratio control below the rated wind speed.Keywords:Wind Power; MPPT; Simulation of Wind Turbine; Simulation目 录毕业设计(论文)任务书I摘 要IIABSTRACTIII第一章 绪论11.1 课题背景11.1.1 世界能源消费现状11.1.2 国外风能资源与开发现状31.1.3 国内风能资源的开发与现状41.2 风力发电技术现状及发展51.2.1 风力发电技术现状51.2.2 风力发电技术的发展71.3 主
16、要研究内容9第二章 风力发电系统介绍112.1 风力发电系统的总体结构112.1.1 风力机112.1.2 发电机122.2 风力发电系统的理论基础132.2.1 风能的计算132.2.2 风能的贝兹理论142.2.3 叶尖速比152.2.4 风力机特性162.3 本章小结18第三章 风力发电系统最大风能跟踪控制方法分析193.1 最大风能跟踪的理论基础193.2 最大风能跟踪的算法193.2.1 最佳叶尖速比法203.2.2 功率反馈法203.2.3 爬山搜索法223.3 本章小结23第四章 风力发电系统的建模与仿真254.1 MATLAB/SIMULINK简介254.1.1 MATLAB简
17、介254.1.2 SIMULINK简介264.2 永磁直驱风力发电系统建模264.2.1 风力机的建模274.2.2 发电机的建模274.2.3 发电机转矩模型294.2.4 控制系统模型294.2.5 最佳转速计算模块314.2.6 系统模型314.3 系统仿真324.4 本章小结33第五章 结束语35参考文献37致 谢39第一章 绪论1.1 课题背景能源是社会经济发展的重要物质基础和人类生活必需的物质保证。随着化石能源的日趋枯竭及人类生存环境的逐渐恶化,新的无污染接替能源可再生能源已引起了世界各国的高度重视。可再生能源主要是指水能、太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等自然能源,这些能源
18、既不存在资源枯竭问题,又不会对环境构成威胁。可再生能源技术包括开发和利用可再生能源的各种技术。国内外可再生能源的一个重要应用领域就是发电。用来发电的可再生能源主要有风能、太阳能、生物质能、地热能等,所对应的发电技术有风力发电技术、光伏发电技术、生物质能发电技术和地热发电技术。但从可再生能源的发展和利用来看,风能是世界上增长最快的能源,年增长率达27%。1.1.1 世界能源消费现状当前,包括我国在内的绝大多数国家都以石油和煤炭等矿物燃料为主要能源。世界经济的快速发展使得能源需求快速增长,供需矛盾突出。1995年至2015年期间,全世界对一次能源需求量的增长,将比20世纪80年代缓慢。在21世纪的
19、数十年内,这种趋势将一直保持下去,而能源的利用效率将提高,特别是在工业发达的国家。在一次能源的产量和消耗中,居第一位的仍然是石油,煤炭和天然气分别居第二位和第三位。其中,石油在消费结构中的比重从39.4%下降到35%,天然气的比重从23.7%增加到28%,煤炭的比重从31.7%下降到31.2%,核能的比重从2.3%下降到2.0%。尽管经济合作与发展组织国家对一次能源的绝对需求量将有很大的增加,但这些国家2015年前对能源需求的增长率却相当缓慢。这是因为这类国家的经济发展普遍比较缓慢,并实行了节约能源的政策,而发展中国家的能源消耗量则将增长很快。作为全球能源市场日趋重要的一个组成部分,中国的能源
20、消费目前已占世界能源消费总量的13.6%,使得世界越来越将能源话题聚集在中国和亚太地区。国家发展和改革委员会能源研究所指出,三大理由支撑我国大力发展可再生能源。第一,我国能源系统面临严峻挑战。人口多,人均资源占有量少;加上能源利用技术落后,效率低下,能耗高,能源匮乏的威胁可能来得更早、能源供需缺口将越来越大。第二,我国农村小康建设的需要。我国13亿人中农村人口占绝大多数,每年消耗的能量相当大,其中约一半来自可再生能源,但这些能源目前还是以传统的利用方式为主。同时,我国还有700万户无电人口,无法用常规电网延伸解决用电。第三,保障能源供应安全的考虑。1993年我国成为石油净进口国,2003年进口
21、依存度已经达到36%,随着国民经济的持续增长,石油进口量占整体石油需求量中的份额将进一步增长,预计2020年我国石油对外依存度将达到50%。这对我国能源供应安全构成一定威胁。可再生能源属于本地资源,通过一定的工艺技术,不仅可转换为电力,还可以直接、间接地转换为液体燃料,为各种移动设备提供能源,缓解能源供应问题1,2。表 1.1未来世界能源需求 地区2010需求量 比例%2020需求量 比例%2025需求量 比例%北美33.56 29.4737.71 29.2639.62 29.03欧洲33.16 29.4234.99 27.1535.76 26.20亚洲31.77 27.9037.73 29.
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