分布式开关磁阻风力发电机系统研究

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1、博士学位论文小型离网开关磁阻风力发电机系统研究ResearchonSwtichedReluctanceGeneratorSystemforSmall-ScaleStand-AloneWindPowerGenerations作者：王青导师：陈昊教授中国矿业大学二○一七年十二月万方数据中图分类号TM352学校代码10290UDC621.3密级公开中国矿业大学博士学位论文分布式开关磁阻风力发电机系统研究ResearchonSwitchedReluctanceGeneratorSystemforSmall-ScaleStand-AloneW

2、indPowerGenerations作者王青导师陈昊申请学位工学博士培养单位电力学院学科专业电气工程研究方向电机及其控制答辩委员会主席王秀和评阅人二○一七年十二月万方数据学位论文使用授权声明本人完全了解中国矿业大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理：作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学位论文的部分使用权，即：①学校档案馆和图书馆有权保留学位论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；②为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆

3、可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。另外，根据有关法规，同意中国国家图书馆保存研究生学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）。作者签名：导师签名：年月日年月日万方数据致谢值此论文完成之际，我首先要向尊敬的导师陈昊教授表达最衷心的感谢!在我攻读博士学位期间，陈老师在学习、生活等方面给了我极大的指导、关怀和帮助。从论文的选题，思路的提炼，实验的细节都倾注了陈老师大量的精力和心血。陈老师渊博的学识，严谨的治学态度，饱满的工作热情，敏锐的学术洞察力，为人谦和的处事作风永远是学生学习的楷

4、模，并将激励我今后的人生道路。在此，谨向陈老师表达诚挚的谢意!感谢中国矿业大学信电学院及电力学院的各位师长，你们对我学业、生活上的指导和关怀，我将永志于心。特别感谢徐瑞东博士、昝小舒博士和于东升博士对我研究生学习成长过程中给予的指导和帮助。实验室浓厚的学习氛围、融洽的兄弟友情给了我一个温馨的学习环境。在此感谢已毕业研究生曾辉、程鹤、王千龙、梁燕、丁小刚、程晶晶、卢林辉、李进中、邓鑫、赵仁明以及在读研究生徐彤、韩国强、闫文举、徐帅、聂瑞、窦宇宇、王文超等，与你们之间的探讨和交流，使我受益匪浅。最后，向百忙之中审阅本文的专家老师致以深深

5、的谢意!万方数据摘要日益严峻的环境问题与能源问题使分布式发电成为现代电力系统发展的重要推力，并将成为未来电网的重要组成部分。在各国政策的引导下，分布式发电系统迎来了迅猛的发展。作为分布式发电系统的重要组成部分，小型风力发电系统受益于国家政策的推动，迎来了良好的发展契机。开关磁阻发电机(switchedreluctancegenerator，简称SRG)具有运行转速范围宽、发电效率高、容错性能好、可靠性高及生产制造成本低等优点，适合应用于在恶劣环境下运行的分布式风力发电系统。然而与广泛使用的永磁同步电机相比，SRG功率密度与发电效率仍

6、然较低，限制了市场的应用推广。本文以拓宽SRG最大发电功率范围及提高发电效率为目的，对SRG控制参数分析优化、相电流调制及功率变换器设计等关键问题进行了研究与讨论。在控制参数分析优化方面，本文分析了母线电压对低压小功率SRG系统性能的影响，提出通过优化SRG励磁与去磁电压的方法，优化励磁电流与去磁电流轨迹，进而提升SRG发电功率与发电效率。针对未知几何参数的开关磁阻电机最大输出功率优化问题，本文首先利用关键位置磁链信息，重构了电机解析模型。接着提出了一种适用于系统全部运行范围的相电流调制策略。结合重构的电机解析模型，提出的相电流调制

7、策略能够降低基速以下电机控制参数维度。最后利用微分演化算法对控制参数进行优化，求取电机最大发电功率范围。针对未知模型的SRG发电效率优化问题，本文提出了一种SRG双环控制策略，以最优发电效率为目标，在线优化电机控制参数。当电机达到目标功率时，效率观测器依据相电压与相电流实时估算当前控制参数下系统发电效率，并利用爬山搜索法优化在该发电功率点下系统发电效率。为加快SRG在线效率优化过程，本文提出通过优化SRG平均转矩与相电流有效值之比(average-torqueampereratio，简称ATAR)，实现对SRG发电效率的优化。首先本

8、文利用有限元分析法，依据电机几何结构，分析了SRG转矩特性，提出了使ATAR最大的SRG相电流调制规则。依据电机转矩数据，利用三次多项式重构SRG转矩模型，得出了用于在线参考电流计算的解析模型。为克服在励磁阶段SRG相电流响应较慢的问