無源自適應(yīng)MPPT離網(wǎng)型風力發(fā)電機系統(tǒng)的研究.pdf

1、離網(wǎng)型風力發(fā)電機系統(tǒng)具有成本低、應(yīng)用靈活、維護簡便等優(yōu)點，近年來被越來越多地應(yīng)用于牧區(qū)、林區(qū)、通訊基站、氣象站、海島及邊防哨所等場所，其重要性日益顯現(xiàn)。然而傳統(tǒng)發(fā)電機系統(tǒng)的特性與風力機的特性并不匹配，故當風速變化時系統(tǒng)無法自動地實現(xiàn)最大功率點跟蹤（Maximum power point tracking，MPPT），致使風能利用率較低，因此離網(wǎng)型風力發(fā)電MPPT技術(shù)是當前業(yè)界的研究熱點?，F(xiàn)有MPPT技術(shù)通過DC-DC變換器等電控裝置控制

2、發(fā)電機系統(tǒng)的特性，使其與風力機特性相吻合，能夠有效地實現(xiàn)MPPT。然而，電控裝置中的電子器件在野外環(huán)境中很容易損壞，故電控MPPT方法的可靠性相對較低。因此，研究具有高可靠性的MPPT技術(shù)是離網(wǎng)型風電發(fā)展的迫切需要。
　　在深入分析電控MPPT方法的機理的基礎(chǔ)上，本文提出了基于無源自適應(yīng)MPPT方法的離網(wǎng)型風力發(fā)電機系統(tǒng)方案：對發(fā)電機系統(tǒng)的本體結(jié)構(gòu)進行特殊設(shè)計，使其特性吻合風力機特性，則無需使用電控裝置系統(tǒng)就能夠自動實現(xiàn)MPPT。

3、由于省去了電控MPPT裝置，該方法減少了系統(tǒng)中電子元件的數(shù)量，從而提高了系統(tǒng)在野外環(huán)境中的可靠性。本文開展的研究工作主要包含以下幾個部分：
　　通過分析傳統(tǒng)MPPT方法的機理，提出了無源自適應(yīng)MPPT方法，并分別用圖示方法和數(shù)學方法分析了其原理，為無源自適應(yīng)MPPT系統(tǒng)方案奠定了理論基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，采用增大漏電感的方法，提出了高漏電感型發(fā)電機（High-leakage-inductance generator，HLIG）系統(tǒng)方案

4、，采用增大主電感的方法，提出了高主電感型發(fā)電機（High-main-inductance generator，HMIG）系統(tǒng)方案，這兩種新型系統(tǒng)方案省略了電控裝置，從而具有較高的可靠性。
　　以雙三相電壓方程為基礎(chǔ)，推導了HLIG和HMIG的電感計算公式，分別建立了HLIG系統(tǒng)和HMIG系統(tǒng)的數(shù)學模型，并推導了HLIG系統(tǒng)的兩套繞組之間的電磁耦合量化關(guān)系，為新型發(fā)電機系統(tǒng)的設(shè)計及優(yōu)化奠定了理論基礎(chǔ)。
　　采用迭代設(shè)計思路，分

5、別提出了HLIG系統(tǒng)和HMIG系統(tǒng)的詳細、完整的設(shè)計方法，同時以數(shù)學模型為基礎(chǔ)，分別研究了HLIG系統(tǒng)和HMIG系統(tǒng)的雙繞組匝數(shù)比和功率分配比的確定方法、極槽配合規(guī)律，以及HMIG系統(tǒng)雙繞組槽數(shù)分配比的選取方法，得到了匝數(shù)比、功率分配比以及槽數(shù)分配比與設(shè)計指標之間的關(guān)系，為日后的實際設(shè)計及制造提供了理論支持。
　　通過數(shù)學解析和有限元仿真計算，分析了HLIG系統(tǒng)和HMIG系統(tǒng)的輸入功率特性、輸出功率特性、銅損耗特性、鐵損特性以及效

6、率特性，并比較了HLIG系統(tǒng)和HMIG系統(tǒng)在這些特性上的異同，為新型發(fā)電機系統(tǒng)的優(yōu)化及日后的技術(shù)改進奠定了基礎(chǔ)。分別實驗研究了HLIG系統(tǒng)和HMIG系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)MPPT性能，并與采用爬山搜索法的發(fā)電機系統(tǒng)進行了對比，結(jié)果顯示新型發(fā)電機系統(tǒng)的MPPT性能優(yōu)于電控發(fā)電機系統(tǒng)。
　　理論分析和實驗研究表明，本文所提出的基于無源自適應(yīng)MPPT方法的兩種新型發(fā)電機系統(tǒng)無需使用電控裝置就能夠快速、準確地實現(xiàn)MPPT。由于省去了電控裝置，新