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直驱型风力发电系统中机侧变流器的设计与仿真

摘要

直驱风力发电系统彰显出来了可靠性高、电能质量好、能效高、控制方法灵活等诸多特征。符合未来风电发展趋势，具有良好的研究和应用前景。在分析直接控制系统的结构和运行的基础上，可以在更深层面上阐释并且研究系统部分提高发电效率和可靠性的控制策略。

本文简要介绍了世界电力行业的现状，分析了当前主要风力系统的地形、速度控制的总体结构和最动态点的速度控制方法。

然后在更深层面上探索并且分析了直接通风系统的结构和运行。发电机组、永磁同步发电机、远程发电机、机械传动链等直接部件的数学模型。它是在两个PWM拓扑图的基础上详细阐述的。

第三，为了尽可能地降低物理传感器的使用，切实提升系统的可靠性，考虑了磁同步发电机转速传感器的矢量控制技术，使用标准自适应控制模型来评估振荡器速度和转子位置，并提供PLL坐标来估计一次初始转子位置。SVPWM调制技术采用矢量0DI控制发电机转速。对控制策略的仿真表明，该方法能精确估计发电机转速和转子位置，对给定转速信号的响应速度快、精度高。

第四，为了最大限度地利用风能，同时减少速度波动，研究了更强大的下一步控制知识、基于坡度的建议、对升压法的修改、基于模糊有哪些信誉好的足球投注网站逻辑的升压法的二分法和一种算法，并详细分析了设计过程和方法。仿真结果显示，这三种方法都能进行最大功率点跟踪控制，其中模糊逻辑有哪些信誉好的足球投注网站法的跟踪精度最高。

最后，考虑到风轮机的运行特性，提出了一种综合的变步控制策略，利用功率平均采样的功率滞后环比较器跟踪最大功率点，避免接近额定风速而不影响速度。这可能导致管理系统的频繁变化。随机风速模拟结果表明，综合控制策略能够在不同情况下准确地执行控制模式和控制功能，可靠地切换风速。

关键词：直驱型风力发电系统最大功率点跟踪无速度传感器控制

目录

TOC\o1-3\u第一章绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究目的及意义 1

1.3直驱型风力发电系统机侧控制研究现状 2

1.4本文的主要研究内容 4

第二章直驱型风力发电系统机侧工作原理 5

2.1系统组成及工作原理 5

2.2风力机模型及功率调节原理 5

2.3永磁同步发电机模型 5

2.4变桨距执行机构模型 6

2.5本章小结 6

第三章直驱型风力发电系统机侧控制技术 7

3.1概述永磁同步发电机转速控制 7

3.2永磁同步发电机无速度传感器控制 8

3.3最大功率点跟踪控制 9

3.4变桨距与最大功率点跟踪集成控制 11

3.5直驱型风力发电系统机侧控制器总体结构 12

3.6本章小结 13

第四章直驱型风力发电系统机侧控制策略仿真研究 15

4.1仿真环境简介 15

4.2机侧控制系统仿真模型 15

4.3仿真结果及分析 15

4.4本章小结 16

第五章结束语 17

参考文献 19

第一章绪论

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直驱型风力发电系统中机侧变流器的设计与仿真

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第一章绪论

1.1研究背景

随着人类社会的不断发展，科技进步和工业化进程的加快，能源从实践的角度层面上分析作为人类社会生存和发展的物质基础，正在发挥着越来越重要的作用。以煤炭、石油和天然气为代表的化石能源储备正在减少，其开采、运输和使用带来了大量的环境污染。能源和环境是人类社会可持续发展面临的两个主要问题。清洁能源和可再生能源的发展是能源行业未来发展的必然趋势。由于清洁和可再生能源和储备丰富，越来越多的国家正在鼓励和强调其开发和利用[1]。

近年来，世界经济正在迅猛发展，从国家资源和环境保护的角度层面上探索与分析，传统的电力部门已经很难符合社会公众对于能源十分紧迫的日益增长的能源需求，风电行业发展是相当迅猛的。这些年来，世界电力工业的发展是相当迅猛的，中国是世界上发展最快的国家之一。中国幅员辽阔，风力资源丰富。风能产业有着独特的资源基础有待开发。开发陆地风力资源的技术约为253000兆瓦，而海洋风力资源约为陆地风力资源的三倍。我国正处于经济快速发展时期，能源消费与环境保护的矛盾日益突出。为了经济社会的可持续发展，改善能源结构，集约发展风电产业，是实现资源节约和环境保护目标的重要工具[2-4]。

1.2研究目的及意义

近年来，随着风力发电技术的发展，风力系统已成为大型风力涡轮机的标准配置。当前的交流发电机系统可分为双速感应发电机、基于稳定同步发电机（PMSG）的两类双速发电机、加速风力发电机和直接风力发电机。对双馈风力发电机的研究开展得很早，技术也很成熟，直接驱动型由于其成本相对较低，是目前使用最广泛的机型。然而，随着风力涡轮机的功率水平不断提高，增速器的建设变得更加复杂，成本高，容易发生故