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风力发电机风轮模拟及系统研究

作　者: 杨宇
导　师: 魏毅立
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 风力发电 风轮机建模与仿真 风轮模拟器设计 DSP控制
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 5次
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内容摘要


随着科学技术的不断进步，我国能源的需求正在显示出越来越迫切的形式。传统的化石能源越来越少，并且在使用中越来越体现出其对环境的污染和对生态的破坏。比如北京近来发生的雾霾天气，使得人们很清楚只管的看到了传统化石能源的使用所带来的负面效应和不利因素。所以，对可再生能源的使用和开发技术变得越来越重要。而在可再生能源的研究上也有了不断的进步和突破。在可再生能源中，最成熟和可靠性最高的就是风力发电技术。要研究好和使用好风力发电技术，首先就要求对风力机有一个较好的认识，而风力机的体积巨大，不易进行实物试验。所以我们在实验室里根据风轮机的原理和特性建立了风轮机的模型，而后搭建了风轮模拟的试验平台来对风轮机进行仿真和模拟试验。这样既有效的模拟了风轮机特性，又能够不用花费大量资金去在风轮机上实际运行与试验。从而完成了实验室里对风轮机的有效研究。课题的第一步就是怎么尽量接近实际的有效的建立风速和风轮机的模型。在风速模型中用几种组合风速来组成风速的模型。下一步是对风轮机进行数学建模，然后使用Matlab/Simulink对组合风速和风轮机特性进行仿真，通过观察风速的变化曲线并和从实际风电场中所采集到的风速和风轮机参数进行比对，以及绘制的曲线进行比较，从而证明风速及风轮机模型的正确性和真实性；接下来是设计风轮模拟器。本文用了一个异步电动机加上一个变频器来模拟风轮机的各种特性和工况。风轮机的重要参数指标，比如风轮机的转速，和转矩等重要参数，通过构建风轮模拟器而能够很好的实现。风轮机模拟器构建好后通过仿真并验证其正确性。之后搭建控制系统来实现风轮器的模拟。其中控制器选用DSP来进行，DSP控制系统用来对模拟风轮机的变频器和电动机来进行控制，以达到对其参数特性的控制。DSP用总线通讯的形式和下部智能设备及仪表实现控制盒数据的交互。再通过上位机和DSP系统的通讯实现人机的交互和通讯。这样，可以从上位机上对整个控制系统发送指令并观察系统的参数，从而在实验室里有效的模拟风轮机的特性及各种工况。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
引言  8-9
1. 研究背景及意义  9-14
  1.1 风力发电历史概述  9-11
    1.1.1 世界风力发电的发展及我国发展情况  10
    1.1.2 中国及内蒙古风电的发展现状与趋势  10-11
  1.2 风轮模拟系统简介  11-12
  1.3 本文研究的主要内容  12-14
2. 风轮模拟系统的建模  14-23
  2.1 风速特性及其数学模型  14-15
  2.2 组合风速  15-17
    2.2.1 风速模型的建立  15-17
  2.3 风轮机输出特性的数学模型  17-20
    2.3.1 风轮特性  17-19
    2.3.2 风轮机功率、转矩模型  19-20
  2.4 风轮系统的数学模型  20-23
3 风轮模拟系统的Matlab 仿真  23-28
  3.1 Matlab/Simulink 概述  23-24
    3.1.1 风速的Matlab 仿真  23-24
  3.2 据空气动力学知识所得的风轮特性仿真  24-28
4 风轮模拟电路系统设计  28-38
  4.1 数字信号处理器简介  28
  4.2 系统硬件电路设计  28-38
    4.2.1 DSP 选型与TI TMS320F2812  28-29
    4.2.2 TMS320F2812 中的引脚分配  29-30
    4.2.3 系统的基本电路  30-34
    4.2.4 电机测速电路设计  34-37
    4.2.5 DSP与计算机串口通讯电路  37-38
5 系统软件设计  38-52
  5.1 DSP 集成开发环境CCS  38-39
  5.2 DSP 程序设计部分  39-44
  5.3 通讯参数设置  44-47
  5.4 风轮模拟器的原理与设计  47-48
  5.5 上位机 PC 与DSP 的通讯  48-52
    5.5.1 画面与程序设计  48-50
    5.5.2. 上位机软件程序设计  50-52
结论  52-53
参考文献  53-56
附录A DSP 主函数与部分通讯程序  56-61
附录B DSP 部分测速程序  61-63
附录C DSP 硬件电路图  63-64
在学研究成果  64-65
致谢  65

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 发电机、大型发电机组（总论） > 风力发电机
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