基于Matlab_Simulink直驱式永磁风力发电系统的建模与仿真

作者简介：赵立邺(1985-)，男，硕士，研究方向：风电建模、风电并网。

收稿日期：2011-01-06

基于Matlab/Simulink 直驱式永磁风力

发电系统的建模与仿真

赵立邺，孟镇

（沈阳农业大学信息与电气工程学院，沈阳110161）

摘

要：直驱式风力发电系统不需要电励磁、噪声小、维护费用低、控制简单，在风力发电系统中越来越受到欢迎。在

Matlab/Simulink 环境下，建立了直驱式永磁同步发电机的风力发电系统仿真模型，模型通过对风速、风力机、永磁同步发电机、全功率变流器进行理论分析实现模型搭建，最终建成整个风力发电系统模型。仿真结果表明，系统能够在不同风速下稳定运行，最终输出的电压波形近似正弦，谐波含量小。关键词：直驱；永磁同步发电机；Matlab/Simulink ；仿真中图分类号：TM315

文献标识码：A

文章编码：1672－6251（2011）02－0030－03

Modeling and Simulation of Direct-driver Permanent Wind Power

System Based on Matlab/Simulink

ZHAO Liye,MENG Zhen

(Information and Electric Engineering College of Shenyang Agricultural University,Shenyang 110161)

Abstract:Direct -drive wind power generation systems become popular with the advantages of without the need for electricity excitation,low noise,low maintenance costs,simple control,etc.Based on Matlab/Simulink,the wind power system simulation model with Direct -drive permanent magnet synchronous generator was established in this paper.In the model of wind power generation system,by the analysis of the wind speed,wind turbines and permanent magnet synchronous generator,the whole power converters,the wind power generation system model was developed.Simulation results showed that the system can run in the stable way under different wind speeds,and the final output voltage waveform was approximate to sine with small harmonic content.Key words:direct-drive;permanent magnet synchronous generator;Matlab/Simulink;simulation

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·研究与开发·

2011年第2期

风能作为一种无污染、可持续发展的能源越来越受到人类的重视。风力发电作为一种风能的主要利用形式正以前所未有的速度发展，风力发电代替传统能源发电的比例正逐步上升，并在电力系统受越来越受到欢迎和重视[1-2]。大型永磁同步风力发电机组具有直接驱动、结构简单、效率高等优点，已成为目前兆瓦级大型风电场所采用的主流风电机组。由于风电机组有功出力随着风速的变化而改变，永磁同步风电机组发出频率和电压均变化的交流电，需要通过变流装置才能并网运行[3-4]。以永磁式风力发电机的风力发电系统作为研究对象，通过Matlab/Simulink 对风速、风力机、永磁同步发电机、全功率变流器进行建模和仿真[5]，从而最终得到符合并网条件的电压波形。

1永磁风力发电系统数学模型

永磁风力发电系统数学模型包括风速、风力机和

永磁同步发电机和全功率变流器四部分。

1.1风速模型

为了精确地描述风能随机性和间歇性的特点，风

速变化通常包括以下四种模拟形式[6-7]。

（1）基本风：在风力机正常运行中一直存在，描述风电场平均风速的变化。

（2）阵风：描述风速突然变化的特性，通常用来分析风电系统对电网电压波动的影响。

其中，。

（3）渐变风：描述风速渐变的特性。

其中，。

（4）随机风：描述在特定高度上风速变化的随机特性。

其中，。

因此，实际风速为：

1.2风力机模型

风力机是用来捕捉风能，并将捕捉到的风能转化为机械能的装置，其捕捉风能的多少决定了整个风力发电系统的有功出力的多少。

风力机捕捉的风能为：

风力机转矩：

1.3永磁同步发电机模型

为了分析永磁同步发电机的动态性能，取永磁体转自极中心线为d轴，沿转子旋转方向超前d轴90°为q轴，建立d、q轴下的数学模型。

电压方程：

电磁转矩方程：

通过上述公式可以看出，永磁同步发电机的电磁转矩与定子q轴电流成正比，调节电流即可调节永磁同步发电机组的电磁转矩，从而调节永磁同步发电机和风力机的转速，使永磁同步发电机与风力机达到最佳输出状态[9]。在仿真平台中有封装好的模块，直接调用即可。1.4全功率变流器模型

永磁同步发电机的有功出力需要通过变流器处理后才能达到并网运行的要求。采用交-直-交双PWM 背靠背变流器的原因在于它具有良好的传输特性、功率因数高、网测电流谐波小等特点。发电机侧PWM 变流器通过调节定子侧的d轴和q轴电流，控制发电机的电磁转矩和定子的无功功率，使发电机的运行保持在变速恒频状态。网测PWM变流器通过调节网测的d轴和q轴电流，保持直流侧电压稳定，实现有功功率和无功功率的解耦控制，控制流向电网的无功功率，提高了注入电网的电能质量，最终得到满足并网条件的电压波形[10-11]。本研究搭建的全功率变流器采用两个结构完全相同的三相PWM整流器和逆变器构成背靠背全功率变流器，其中电力电子组件采用IGBT。2永磁风力发电系统的建模与仿真

通过上述各个模型搭建完成了永磁同步发电系统模型，但实际上由于风力发电机的容量有限，大型风电场通常要由几十台风力发电机组成。为了避免建立的模型阶数过高、仿真时间过长、严重影响仿真效率，因此在建模时应该在保证准确度的基础上尽量降低系统的维数，减少运算时间，提高仿真效率[12]。

2.1永磁同步发电机发电系统模型

永磁同步发电系统模型如图1所示，全功率变流系统模型如图2所示。

图1永磁同步发电系统模型

2.2仿真结果分析

2.2.1风速模型仿真分析

通过Signal Builder建立风速模型对风速理论中的四种风速进行仿真。对于基本风，在Signal Builder中设置为Constant Speed，初值设置为15m/s；对于阵风，考虑到实际情况一般是从0开始增加，因此在模型中将其设置为Increasing Speed，初值设置为0m/s，在0-1秒内按照线性增加到20m/s，以后的时间内保持20m/s的风速；在仿真系统中将渐变风与随机风设置为variable speed，为了更好地反映仿真效果，将风速设置为0-10秒内不规则变化，给定一个初始风速10m/s，在0-0.3秒内使风速下降到4m/s，在0.3秒时将风速增大到20m/s，随后的0.3-1秒内风速下降到10m/s，以后的时间内继续保持10m/s的风速，用这种方式来模拟渐变风与随机风。风速设置如图3所示。

（下转第35页）

图2永磁同步发电机系统全功率变流系统（AC-DC-AC ）

模型

图5

通过全功率变流器输出的三相电压波形

图4通过全功率变流器输出的一相电压波形

图3MATLAB 中风速模型的建立

2.2.2风力发电系统全功率变流器仿真

将建立的风速模型作为永磁同步风力发电系统的

输入量，对所搭建的整个模型进行仿真。重点观测使用全功率变流器后的电压波形是否满足并网条件，并以此来验证搭建模型的有效性。通过全功率变流器输出的一相、三相电压波形如图4、图5所示。

3结论

利用MATLAB 中Simulink 对基于直驱式永磁风力

发电机的风电场进行建模与仿真，在仿真过程中，模

拟不同类型的风速作为输入量，最终得到满足并网条件的电压波形。其中最核心的整流逆变模块在整个仿真过程中起了重要作用，采用双PWM 背靠背结构实现AC-DC-AC 的转换，得到最终的仿真波形，与理论分析一致，证明模型搭建是正确的，同时该模型对并网运行时无功控制提供了一定的理论基础

。

（上接第32页）

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参考文献

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[12]包能胜,陈庆新.百千瓦级风机建模与仿真[J].太阳能学报,

1997,18(1):51-58.

理，如将‘0810-0910’替换为‘8:10-9:10’的日常时间发音；④对雷暴方位进行替换处理，如将‘W-Z-N’替换为‘西到天顶到北’等；⑤对最小能见度进行替换处理，如将‘100’替换为‘100米’；⑥对云状进行替换处理，如将‘Actra’替换为‘透光高积云’等。

6语音合成开发流程

（1）初始化与逆初始化。回调式的合成方法是在合成过程中，TTS系统合成一批声音数据后主动将该声音数据通过回调函数的形式回送给客户方，具有较高的合成效率和编程灵活性。一般合成步骤如下：TTSInitialize();//语音合成系统初始化

TTSConnect();//建立客户到TTS服务的连接

TTSSynthTextEx();//开始合成文本

TTSDisconnect();//断开语音合成系统建立的连接

TTSUninitialize();//逆初始化语音合成系统，从系统内存中移出语音合成系统

（2）生成波形文件。使用InterPhonic SDK支持直接回放和后台合成声音文件两种方式，支持包括线性PCM、alaw、ADPCM和Dialogic Vox等多种数据格式。一般可以使用TTSSynthTextEx函数以回调方式合成一段文本，回调可以是同步模式，也可以是异步模式。合成的声音文件用sndPlaySound函数即可进行合成语音的播放。

7使用效果

在实际使用过程中，硬件配置为Pentium4、2.8G、内存512M的计算机的合成系统性能指标为：一次定时观测数据合成时间（首次启动）17秒，占用的内存峰值为120M左右。由于语音合成系统刚启动时许多资源并没有真正载入内存，因此开始时的合成效率远远低于正常运行时的合成效率，特别是第一句话的合成效率最低。但经过资源预热后，系统已经读入常用的资源数据，这时其合成效率将大大提高，完全能满足业务需求。

参考文献

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[2]张琦,童爱红,胡光兵.Delphi7.0多媒体编程[M].北京:清华大学

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[3]中国气象局监测网络司.地面气象测报业务系统软件操作手

册[M].北京:气象出版社,2004.

风力发电系统建模与仿真

风力发电系统建模与仿真 摘要：风力发电作为一种清洁的可再生能源利用方式，近年来在世界范围内获得了飞速的发展。本文基于风力机发电建立模型，主要完成了以下工作：（1）基于风资源特点，建立了以风频、风速模型为基础的风力发电理论基础； （2）运用叶素理论，建立了变桨距风力机机理模型； （3）分析了变速恒频风力发电机的运行区域与变桨距控制的原理与方法，并给出了机组的仿真模型，为风力发电软件仿真奠定了基础； （4）搭建了一套基于PSCAD/EMTDC仿真软件的风力发电系统控制模型以及完整的风力发电样例系统模型，并且已初步实现风力机特性模拟功能。 关键词：风力发电；风频；风速；风力机；变桨距；建模与仿真 1 风资源及风力发电的基本原理 1.1 风资源概述 （1）风能的基本情况[1] 风的形成乃是空气流动的结果。风向和风速是两个描述风的重要参数。风向是指风吹来的方向，如果风是从东方吹来就称为东风。风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距离。 风速是指某一高度连续10min所测得各瞬时风速的平均值。一般以草地上空10m高处的10min内风速的平均值为参考。风玫瑰图是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导风向。 风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。 （2）风能资源的估算 风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内垂直流过单位截面积的风能，即风能密度，表示如下： 3 ω= (1-1) 5.0vρ 式中, ω——风能密度(2 W)，是描述一个地方风能潜力的最方便最有价值的量； /m ρ——空气密度(3 kg)； /m

工业电力系统动态建模和仿真分析

工业电力系统动态建模和仿真分析 (Industrial power system dynamic modeling and simulation analysis) 一、概述 工业电力系统： 大型电力系统复杂性：本身有发电机、电动机 中型工业电力系统：即使无发电机，也包括大量中压电动机 意义、内容： 1、确定通过动态建模与仿真分析验证： 1、机组的暂态稳定（极限切除时间） 2、特定的大容量电动机的电压稳定 3、校验电流电压型保护的定植 4、确定低频减载与孤网运行 二、介绍原件与组成： （一）、同步电机实用模型： 1、意义：对于dq0坐标下同步电机方程，如果单独考虑与定子d绕组、q绕组相独立的零轴绕组，则在计及d,q,f,D,Q5个绕组的电磁过渡过程（以绕组磁链或电流为状态量）以及转子机械过渡过程（以ω及δ为状态量）时，电机为七阶模型。对于一个含有上百台发电机的多机电力系统，若再加上其励磁系统、调速器和原动机的动态方程，则将会出现“维数灾”给分析计算带来极大的困难。因此在实际工程问题中，常对同步电机的数学模型作不同程度的简化，以便在不同的场合下使用。 2、对派克方程中的转子变量 若,则 可用定子侧等效量取代原来的转子量，得到用这些实用等效量表示的同步电机实用方程。原派克方程中的定子量，保留易测量及计算的和及和，而消去和两个变量。 3、三阶实用模型 其简单而又能计算励磁系统动态，因而广泛的应用于精度要求不十分高，但仍需计及励磁系统动态的电力系统动态分析中，较适用于凸极机。 模型导出基于： （1）、忽略定子d绕组、q绕组的暂态，即定子电压方程中取P=P=0 （2）、在定子电压方程中，设ω≈（p.u.）在速度变化不大的过渡过程中，其引起的误差很小。 （3）、忽略D绕组、Q绕组，其作用可在转子运动方程补入阻尼项来近似考虑。 及以下三个定子侧等效实用变量： 为消除转子励磁绕组的变量 、 定子励磁电动势 电机(q轴)空载电动势 电机瞬变电动势 （二）、励磁系统数学模型： 描述同步发电机励磁系统(包括励磁调节器)物理过程的数学方程。是电力系统机电暂态过程数学模型的重要组成部分，主要应用于电力系统稳定计算。

直驱式永磁风力发电系统设计

直驱式永磁风力发电控制系统设计 泮斌斌 (浙江海洋学院机电学院，浙江舟山316000) 摘要 风力发电作为绿色能源在全世界迅速发展，这是解决世界能源危机的重要途径，在这个背景下本文对直驱式永磁风力发电控制系统进行了应用设计。 本文以风力发电的工作原理等基础理论为基本理论，得到一种控制风能的利用效率的变桨控制的基本控制策略；通过比较当前流行的几个风力发电机组的结构和不同控制方案之间的不同特点；分析了直驱式永磁风力发电的性能和特点，最终得出本机组需要采用以“同步高速、无刷励磁旋转、全功率的逆变’’为核心的技术路线。 本论文最后完成了风力发电机控制系统的设计，以控制系统所要实现的功能为基础，根据控制系统的要求，分析了系统输出和输入的信号，简单阐述了组成控制系统的硬件系统的可编程处理器和最主要的控制信号变送器，确定了传感器的类型以及各硬件的配置；以这些为基础讨论了一些控制系统的控制策略，研究设计了主程序的流程图，变桨距控制图，并详细的研究了变桨距的控制过程，得出了控制原理和结构组成。 关键词：风力发电机；控制系统；变桨控制

ABSTRACT Wind power as the rapid development of green energy in the world, it is important to solve the world energy crisis means, in this context of this paper, direct-drive permanent magnet wind power control system for the application design. In this paper, wind power and other basic working principle of the theory of the basic theory, a control variable wind energy utilization efficiency of the basic control strategy for pitch control.A couple of current by comparing the wind turbine structure and the difference between the different characteristics of the control program;Analysis of direct-drive permanent magnet wind power generation performance and features, and ultimately come to the unit needs to adopt a "synchronous high-speed, brushless rotary, full-power inverter technology''as the core line. Finally completed the wind turbine control system to control system functions to be achieved, based on the control system according to the requirements of the system output and input signal composed of a simple control system described in the programmable hardware system The main control signal processor and transmitter, to determine the type of sensors as well as the hardware configuration;Based on these discussions a number of control system control strategy, research and design of the main program flow chart, variable pitch control charts, and detailed study of the pitch control of the process, obtained the control principle and structure. KEY WORDS：wind turbine；control system；pitch control

电力系统建模及仿真课程设计

某某大学 《电力系统建模及仿真课程设计》总结报告 题目：基于MATLAB的电力系统短路故障仿真于分析 姓名 学号 院系 班级 指导教师

摘要：本次课程设计是结合《电力系统分析》的理论教学进行的一个实践课程。 电力系统短路故障，故障电流中必定有零序分量存在，零序分量可以用来判断故障的类型，故障的地点等，零序分量作为电力系统继电保护的一个重要分析量。运用Matlab电力系统仿真程序SimPowerSystems工具箱构建设计要求所给的电力系统模型，并在此基础上对电力系统多中故障进行仿真，仿真波形与理论分析结果相符，说明用Matlab对电力系统故障分析的有效性。实际中无法对故障进行实验，所以进行仿真实验可达到效果。 关键词：电力系统；仿真；短路故障；Matlab；SimPowerSystems Abstract: The course design is a combination of power system analysis of the theoretical teaching, practical courses. Power system short-circuit fault, the fault current must be zero sequence component exists, and zero-sequence component can be used to determine the fault type, fault location, the zero-sequence component as a critical analysis of power system protection. SimPowerSystems Toolbox building design requirements to the power system model using Matlab power system simulation program, and on this basis, the power system fault simulation, the simulation waveforms with the theoretical analysis results match, indicating that the power system fault analysis using Matlab effectiveness. Practice can not fault the experiment, the simulation can achieve the desired effect. Keywords: power system; simulation; failure; Matlab; SimPowerSystems - 1 - 目录 一、引言 ............................................ - 3 -

永磁同步风力发电机的设计说明

哈尔滨工业大学 《交流永磁同步电机理论》课程报告题目：永磁同步风力发电机的设计 院 (系) 电气工程及其自动化 学科电气工程 授课教师 学号 研究生 二〇一四年六月

第1章小型永磁发电机的基本结构 小型风力发电机因其功率低，体积小，一般没有减速机构，多为直驱型。发电机型式多种多样，有直流发电机、电励磁交流发电机、永磁电机、开关磁阻电机等。其中永磁电机因其诸多优点而被广泛采用。 1.1小型永磁风力发电机的基本结构 按照永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，永磁发电机可分为径向式、切向式和轴向式。 （1）径向式永磁发电机径向式转子磁路结构中永磁体磁化方向与气隙磁通轴线一致且离气隙较近，漏磁系数较切向结构小，径向磁化结构中的永磁体工作于串联状态，只有一块永磁体的面积提供发电机每极气隙磁通，因此气隙磁密相对较低。这种结构具有简单、制造方便、漏磁小等优点。 径向磁场永磁发电机可分为两种：永磁体表贴式和永磁体内置式。表贴式转子结构简单、极数增加容易、永磁体都粘在转子表面上，但是，这需要高磁积能的永磁体（如钕铁硼等）来提供足够的气隙磁密。考虑到永磁体的机械强度，此种结构永磁电机高转速运行时还需转子护套。内置式转子机械强度较高，但制造工艺相对复杂，制造费用较高。 径向磁场电机用作直驱风力发电机，大多为传统的内转子设计。风力机和永磁体内转子同轴安装，这种结构的发电机定子绕组和铁心通风散热好，温度低，定子外形尺寸小；也有一些外转子设计。风力机与发电机的永磁体外转子直接耦合，定子电枢安装在静止轴上，这种结构有永磁体安装固定、转子可靠性好和转动惯量大的优点，缺点是对电枢铁心和绕组通风冷却不利，永磁体转子直径大，不易密封防护、安装和运输[1]。表贴式和径向式的结构如图1-1 a)所示。 a)径向式结构 b)切向式结构

PSCAD的电力系统仿真大作业3

仿真计算 1、在PSCAD中建立典型的同步发电机模型，对同步发电机出口三相短路进行仿真研究。要求： （1）运行“同步发电机短路”模型，截取定子三相短路电流波形，并对波形进行分析，验证与理论分析中包含的各种分量是否一致； 图一同步发电机短路模型

图二、定子三相短路电流 定子三相短路电流中含有直流分量和交流分量，其中周期分量会衰减。三相短路电流直流分量大小不等，但衰减规律相同，均按指数规律衰减，衰减时间常数为Ta，由定子回路电阻和等值电感决定，大约在0.2s。交流分量也按指数规律衰减，它包括两个衰减时间常数，分为次暂态过程、暂态过程和稳态过程。 （2）修改电抗参数Xd（Xd’，X’’d），增加或者减小，截取定子三相电流，并与第一步结果对比分析； 图一是Xd`=0.314 p.u，Xd``=0.280 p.u情况下的定子电流波形；图二是Xd`=0.514 p.u, Xd``=0.280 p.u情况下的定子电流波形。显然，随着Xd`的增大定子的电流在减少。

图三、定子三相短路电流 （3）修改时间常数Td（Td’，T’’d），增加或者减小，截取定子三相电流，并与第一步结果对比分析。 参数Td’=6.55s ，Td”=0.039s时定子电流如图一所示；当参数变为Td’=3.55s ，Td”=0.039s是定子电流如图三所示，显然

图四、定子三相短路电流 2、利用暂态仿真软件对下面的简单电网进行建模，对模型中各元件参数进行详细说明，并进行短路计算。将故障点的电流电压波形及线路M端的电流电压波形、相量图粘贴到课程报告上。 要求：

（1）短路类型为①三相故障；②A相接地；③BC两相故障。 （2）两端系统电势夹角取15o δ=。 （3）故障点设置为线路MN中点（25km处）。 （4）仿真结果包括M、N两侧和短路点处的三相电压、电流的瞬时值波形和短路发生后时刻的三相电压、电流相量图。 三、课程学习心得 通过本课程的学习，你有哪些体会和心得，请写出来。可以从以下几个方面考虑，但不局限于这些方面：通过课程你学到了哪些知识；学会了哪些方法；对电力系统的认识；对课程的建议等。 课程的开始复习了一下简单的电力系统稳态分析部分，然后就进行了课程的重点就是电力系统的暂态分析，其中包括PARK变换、标么值下的磁链方程和电压方程、同步发电机各种电势的表达式、发电机阻抗的概述、（次）暂态电抗和（次）暂态电势、发电机三相短路电流、对称分量法、叠加定理、电力系统简单故障分析。学习了几种电力系统分析中的方法，例如分析同步发电机短路时PARK变换将静止三相坐标系的量转化为旋转坐标系dq0的量，还有分析不对称故障时对称分量法转化到相对简单的对称故障分析中。

永磁同步风力发电系统实验指导书

永磁同步风力发电系统实验指导书 一、实验目的 1. 学习永磁同步风力发电系统的原理及其组成 2. 学习永磁同步风力发电系统并网过程及并网连续运行过程 3. 了解永磁同步风力发电系统MPPT控制方法与过程 二、实验器材 永磁同步风力发电系统V-Wind-YC、功率分析仪 三、实验内容与步骤 1. 了解整个永磁同步发电系统的组成和各个部分的主要功能（包括异步原动机、永磁同步电机、变频器、双向变流器等）。 2. 掌握永磁同步风力发电系统的并网过程和脱网过程。 （1）系统开机前准备 1）检查供电状态，2）接通控制电源，3）检查通信。 （2）启动网测变流器 在上位机主界面的“网测通讯”区域，点击“启动网测”按钮。 （3）启动风机 在上位机主界面的“变频器通讯”区域，在“给定转速”框中输入转速值，然后点击“启动风机”按钮。 （4）并网运行 在上位机主界面的“机测通讯”区域，点击“并网”按钮，并设置定子有功和定子无功。 （5）脱网 将给定定子有功和无功均设为0，并网输出功率逐渐下降，然后点击“脱网”按钮，脱网完成。 （6）停机 脱网完成后，将给定转速设为0，当风机逐渐停止后，点击“停止风机”按钮，然后点击“网测通讯”区域的“停止网测”按钮，最后关闭主电路旋钮。 3. 掌握永磁同步风力发电系统的自由并网试验。 （1）并网运行 将风机转速设为300r/min，电机转速稳定后，点击“并网”按钮。 （2）低速并网运行 电机转速为300r/min时，手动设定机侧有功功率500W至2000W，记录机侧相电流有效值、网测相电压有效值、网测相电流有效值、机侧有功和网测有功，填入表1中。

（3）额定速并网运行 电机转速设为1000r/min，手动设定机侧有功功率1000W至4000W，记录机侧相电流有效值、网测相电压有效值、网测相电流有效值、机侧有功和网测有功，填入表2中。 （4）离网 离网时，先将机侧给定有功设为0，等待实际功率降为零后，点击“离网”按钮使机侧脱网。 4. 永磁同步风力发电机最大功率跟踪实验 （1）MPPT运行 手动将给定转速设为300r/min，在电机稳定后，进行转子励磁，励磁完成后点击“并网”按钮。成功并网后点击“MPPT”按钮，“MPPT”按钮变绿，此时控制系统按风力机模拟环境运行发电，原动机根据设定的模拟风场特性运行，变流器进行MPPT最大功率跟踪运行。 （2）低速风况模拟 当风速小于12m/s，则风力场最大功率点在运行转速范围之内。此时在跟踪算法控制下，电机转速调整至最大功率点，输出功率为风机在此风速下能输出的最大功率。将基本风设为6m/s，8m/s，10m/s，记录此时电机转速和实时机侧有功功率，填入表3中。 （3）额定转速风况模拟

永磁直驱式风力发电机的工作原理

你好,你的这个问题问的比较广。我大概给你阐述下,对于现在国内国外大型水平轴风力发电机组,有双 馈机和永磁直驱发电机。 永磁直驱发电机顾名思义是在传动链中不含有增速齿轮箱。 总所周知,一般发电机要并网必须满足相位、幅频、周期同步。而我国电网频率为50hz这就表示发电机要发出50hz的交流电。学过电机的都知道。转速、磁极对数、与频率是有关系的n=60f/p。 所以当极对数恒定时,发电机的转速是一定的。所以一般双馈风机的发电机额定转速为1800r/min。而叶轮转速一般在十几转每分。这就需要在叶轮与发电机之间加入增速箱。 而永磁直驱发电机是增加磁极对数从而使得电机的额定转速下降,这样就不需要增速齿轮箱,故名直驱。而齿轮箱是风力发电机组最容易出故障的部件。所以,永磁直驱的可靠性要高于双馈。 对于永磁直驱发电机的磁极部分是用钕铁硼的永磁磁极,原料为稀土。 风轮吸收风能转化为机械能通过主轴传递给发电机发电,发出的电通过全功率变流器之后过升压变压器上网。 不知道有木有解释清楚。 还有什么不清楚可以继续追问,知无不言。 风力发电机也在逐步的永磁化。采用永磁风力发电机,不仅可以提高发电机的效率,而且能在增大电机容量的同时,减少体积,并且因为发电机采用了永磁结构,省去了电刷和集电环等易耗机械部件,提高了系统的可靠性,这也是风电发电机的发展趋势之一。

风力机的直驱化也是当前的一个热点趋势。目前大多风电系统发电机与风轮 并不是直接相连,而是通过变速齿轮相连,这种机械装置不仅降低了系统的效率,增加了系统的成本,而且容易出现故障,是风力发电急需解决的瓶颈问题。直驱式风力发电机可以直接与风轮相连,增加了系统的稳定性,同时增大了电机的体积和设计制造以及控制的难度。直驱型风力发电系统是采用风轮直接驱动多极低速永磁同步发电机发电,通过功率变换电路将电能转换后并入电网,相对于双馈型发电系统,直驱式发电机采用较多的极对数,使得在转速较低时,发电机定子电压输出频率仍然比较高,完全可以在电机的额定等级下工作,并且其定子输出电压通过变流器后再和电网相接,定子频率变化并不会影响电网频率。在直驱风力发电系统中风机与发电机直接耦合,省去了传统风力发电系统中的国内难以自主生产且故障率较高的齿轮箱这一部件,减少了发电机的维护工作,并且降低了噪音。另外其不需要电励磁装置,具有重量轻、效率高、可靠性好的优点。 直驱永磁发电机与双馈异步发电机技术相比,由于不需要转子励磁,没有增速 齿轮箱,效率要比双馈发电机高出20%以上,年发电量要比同容量的双馈机型高;增 速齿轮箱故障较高,维护保养成本高,直驱永磁发电机不需要齿轮箱,易于维修保养;直驱永磁发电机采用全功率的交-直-交变频技术,与电网隔离,具有低电压穿越能力,对电网友好; 直驱永磁发电机的缺点是稀土永磁材料成本高,导致整机成本相对较高,永磁 材料在高温、震动和过电流情况下,有可能永久退磁,致使发电机整体报废,这是直驱永磁发电机的重大缺陷。

风力发电系统建模与仿真

风力发电系统建模与仿真

风力发电系统建模与仿真 摘要：风力发电作为一种清洁的可再生能源利用方式，近年来在世界范围内获得了飞速的发展。本文基于风力机发电建立模型，主要完成了以下工作：（1）基于风资源特点，建立了以风频、风速模型为基础的风力发电理论基 础； （2）运用叶素理论，建立了变桨距风力机机理模型； （3）分析了变速恒频风力发电机的运行区域与变桨距控制的原理与方法，并给出了机组的仿真模型，为风力发电软件仿真奠定了基础； （4）搭建了一套基于PSCAD/EMTDC仿真软件的风力发电系统控制模型以及 完整的风力发电样例系统模型，并且已初步实现风力机特性模拟功能。 关键词：风力发电；风频；风速；风力机；变桨距；建模与仿真 1 风资源及风力发电的基本原理 1.1 风资源概述 （1）风能的基本情况[1] 风的形成乃是空气流动的结果。风向和风速是两个描述风的重要参数。风向是指风吹来的方向，如果风是从东方吹来就称为东风。风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距离。 风速是指某一高度连续10min所测得各瞬时风速的平均值。一般以草地上空10m高处的10min内风速的平均值为参考。风玫瑰图是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导风向。 风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。 （2）风能资源的估算 风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内垂直流过单位截面积的风能，即风能密度，表示如下： 3 ω= (1-1) 5.0vρ 式中, ω——风能密度(2 W)，是描述一个地方风能潜力 /m 的最方便最有价值的量；

基于MATLABsimulink的船舶电力系统建模与故障仿真【开题报告】

开题报告 电气工程及其自动化 基于MATLAB/simulink的船舶电力系统建模与故障仿真 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 1、本课题国内外研究动态 船舶电力系统是一个独立的、小型的完整电力系统，主要由电源设备、配电系统和负载组成。船舶电站是船上重要的辅助动力装置，供给辅助机械及全船所需电力。它是船舶电力系统的重要组成部分，是产生连续供应全船电能的设备。船舶电站是由原动机、发电机和附属设备（组合成发电机组）及配电板组成的。最近几年，船舶电站采用电子技术、计算机控制技术，实现船舶电站自动化和船舶电站的全自动控制，实现无人值班机舱。船舶自动化技术正朝着微机监控、全面电气、综合自动化方向发展。船舶电站运行的可靠性、经济性及其自动化程度对保证船舶的安全运营具有极其重要的意义。 国外的某些造船业发达的国家在二十世纪中叶就着手船舶电力系统领域的探索，在船舶电力系统稳态、暂态过程等方面进行了细致的研究。近些年来，挪威挪控公司困.R.co咖l)、英国船商公司(TRANSS)、德国西门子公司(SIEMENS)、-日本三菱公司(MITSUBISHD等大公司开始进行船舶电力系统的建模与分析方面的研究工作。国内针对船舶电力系统的研究起步相对较晚，虽然取得了一定成果，但在理论先进性、系统完整性等方面还存在一定差距，这也在一定程度上导致了目前国产船电设备与世界主要造船国家船电设备存在一定差距、装船率偏低等一系列问题。 目前,国内外最常用的建模软件有四中：分别是：matlab、lingo、Mathematica 和SAS。MATLAB用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。Matlab开发效率高，自带很多数学计算函数，对矩阵支持好。Lingo可以用于求解非线性规划，也可以用于一些线性和非线性方程组的求解等，功能十分强大，是求解优化模型的最佳选择。Mathematica是一款科学计算软件，很好地结合了数值和符号计算引擎、图形系统、编程语言、文本系统、和与其他应用程序的高级连接。SAS 是一个模块化、集成

750kw风力发电机叶片建模与仿真分析解析

毕业论文题目：750KW风力机叶片建模与模态仿真分析 学院： 专业：机械设计制造及其自动化 班级：学号： 学生姓名： 导师姓名： 完成日期： 2014年6月20日

诚信声明 本人声明： 1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果； 2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料； 3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。 作者签名：日期：年月日

毕业设计（论文）任务书 题目： 750KW风力机叶片建模与模态仿真分析 姓名学院专业班级学号 指导老师职称教研室主任 一、基本任务及要求： 1、查阅20篇左右文献资料，撰写开题报告和文献综述。 2、确定叶片主要翼形构成、外形参数及载荷。 3、应用三维建模软件建立叶片三维实体模型。 4、应用仿真软件对复合材料叶片进行模态仿真分析。 5、改变叶片转速，讨论复合材料叶片动力刚化效应对振动的影响。 6、按照要求撰写毕业论文和打印图纸。 二、进度安排及完成时间： 2014.2.20－3.5：课题调研（含毕业实习及撰写毕业实习报告）、查阅文献资料。2014.3.6－3.28：撰写文献综述和开题报告。 2014.3.29－4.8：确定叶片主要翼形构成、外形参数及载荷。 2014.4.9－4.19：应用三维建模软件建立叶片三维实体模型。 2014.4.20－4.27：应用仿真软件对复合材料叶片进行模态仿真分析。 2014.4.28－5.5：改变叶片转速，讨论复合材料叶片动力刚化效应对振动的影响。2014.5.6－5.26：撰写毕业论文、完成设计。 2014.5.27－6.10：整理毕业设计资料，毕业答辩。

电力系统仿真作业(电子版)

电 力 系 统 仿 真 作 业 论 文 电控学院 电气0903 刘娟 0906060301

离散可编程三相电压源PLL和可变频率正序电压和功率测量 the Discrete 3-Phase Programmable Voltage Source PLL and Variable-Frequency Positive-Sequence Voltage and Power Measurements 线路图： 线路结构： 一个25KV，100MVA的短路等效电路网络给一个5MW，5Mvar的负载供电。电源的内部电压通过离散的三相可编程电压源装置来提供。三相电压电流测量装置用来检测三个负载电压和电流。 离散的三相PLL装置用来测量频率，也产生一个基于频率变化的系统电压信号。PLL用来驱动两个测量装置，并把变化的频率考虑在内。其中一个用来计算正序负载电压的标幺值，另外一个用来计算负载的有功和无功功率。这两个装置和PLL必须初始化，以保证初始处在稳态。 PLL和两个测量装置分别在Extras/Discrete in the Control Block 和 Extras/Discrete Measurements中可以找到。 整个系统（包括网络，PLL和测量装置）以50us的采集时间来离散。仿真时间4.0秒，仿真参数ode45(Dormand-Prince)。

基本原理： PLL的概念 PLL其实就是锁相环路，简称为锁相环。许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL）。目前锁相环主要有模拟锁相环，数字锁相环以及有记忆能力（微机控制的）锁相环。 PLL的特点 锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。 PLL的组成 锁相环通常由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成，锁相环组成的原理框图如下图所示。 锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成uD（t）电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压uC（t），对振荡器输出信号的频率实施控制。

直驱式永磁同步风力发电机组的建模与仿真

张 梅等：直驱式永磁同步风力发电机组的建模与仿真第６期新能源 直驱式永磁同步风力发电机组的建模与仿真 张 梅１，何国庆２，赵海翔２，张靠社１ （１．西安理工大学电力工程系，陕西西安 ７１００４８；２．中国电力科学研究院，北京 １００１９２） 摘要：阐述基于直驱式永磁同步风力发电机组（Ｄ－ＰＭＳＧ）的工作原理，在电力系统分析软件ＤＩｇＳＩＬＥＮＴ／ ＰｏｗｅｒＦａｃｔｏｒｙ中建立了Ｄ－ＰＭＳＧ及其控制系统的仿真模型，结合某实际地区电网进行仿真分析。仿真结果 验证了所建模型的正确性和控制策略的可行性。关键词：风力发电；永磁同步发电机；解耦控制中图分类号：ＴＭ３１５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４－９６４９（２００８）０６－００７９－０６ 中国电力ＥＬＥＣＴＲＩＣＰＯＷＥＲ 第４１卷第６期２００８ 年６月Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．２００８收稿日期：２００８－０３－０５作者简介：张 梅（１９８１－），女，陕西西安人，硕士研究生，从事电力系统分析和风力发电研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｍｅｉ＠ｅｐｒｉ．ａｃ．ｃｎ ０引言 风力发电是一种很有潜力的可再生能源，１０多 年来得到了快速的发展。目前主流变速风力发电机组有２种：双馈感应风力发电机组和直驱永磁同步风电机组。国内外对基于双馈感应发电机（ｄｏｕｂｌｙ ｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ，ＤＦＩＧ）的变速风力发电技术 的研究很多，已经发展得很成熟。关于直驱永磁同步风力发电机组（Ｄ－ＰＭＳＧ）的研究则相对较少，但其以效率高、噪声小、发电机结构简单和维护工作量小等特点，在风力发电领域受到了越来越多的 重视。 目前，对于Ｄ－ＰＭＳＧ的建模与仿真是研究的热点。一些文献研究了Ｄ－ＰＭＳＧ的建模问题，但比较简单，如文献［１－２］中给出了变频器系统的控制框图，但没有详细论述其解耦控制的原理。文献［３］建立了包括风力机模型、传动系统模型和发电机模型的Ｄ－ＰＭＳＧ数学模型， 并提出了桨距角及发电机 转速的控制策略，但忽略了网侧变频器的影响。文献［４－７］采用不同的控制策略，对经由不可控整流和可控逆变电路构成的变频器并网的Ｄ－ＰＭＳＧ系统进行了研究， 实现了最大风能跟踪控制及并网 有功和无功功率的解耦控制。文献［８］研究了Ｄ－ ＰＭＳＧ的桨叶控制及相应的功率和转速的变化过 程。文献［９］建立了基于ＭＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ软件的 Ｄ－ＰＭＳＧ仿真模型，对机组的输出特性进行了分 析。文献［１０］研究了一种用于Ｄ－ＰＭＳＧ并网的中性点箝位变频器系统， 并提出了变频器相应的控 制策略。文献［１１］着重分析了双脉宽调制（ＰＷＭ）Ｄ－ＰＭＳＧ发电机侧变频器的控制问题，提出了增加 约束方程来确定发电机端电压的稳定控制方案。这些文献基本集中于风电机组或机组所采用变频器的研究， 没有在实际电网中对模型的特性进行 仿真，不能突出Ｄ－ＰＭＳＧ的并网运行特性。 本文介绍了Ｄ－ＰＭＳＧ的工作原理，建立了ＰＭＳＧ、变频器模型及轴系的两质块数学模型，提出了全功率变频器的解耦控制策略，实现了有功和无功的解耦控制； 在电力系统仿真软件ＤＩｇＳＩＬＥＮＴ／Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒｙ中建立了Ｄ－ＰＭＳＧ的仿真模型，并结合某 实际地区电网，通过对有功功率突变、调整功率因数设定值以及电网三相短路故障时风电机组的动态响应分析，验证了该模型的正确性和控制策略的可行性。仿真结果较全面地反映了Ｄ－ＰＭＳＧ的并网运行特性。 １Ｄ－ＰＭＳＧ工作原理 Ｄ－ＰＭＳＧ主要包括风力机、ＰＭＳＧ、 全功率变频器以及控制系统４部分，其基本结构如图１所示。其中全功率变频器系统又可分为： 发电机侧变频器 （ｇｅｎｅｒａｔｏｒ－ｓｉｄｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、 直流环节（ＤＣ－ｌｉｎｋ）和电网侧变频器（ｇｒｉｄ－ｓｉｄｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）。 风力机和ＰＭＳＧ通过轴系直接耦合，提高了系统的可靠性，大大减少了系统的运行噪声，降低了发电机的维护工作量。 ＰＭＳＧ经全功率变频器系统与电网相连，通过施加 在变频器系统上的控制系统作用，来实现风电机 组的变速运行。ＰＭＳＧ的输出经发电机侧变频器整 流后由电容支撑，再经网侧变频器将能量馈送给 电网。

风力发电系统建模与仿真

《新能源发电及并网技术》专题报告风力发电系统建模与仿真 学院电气工程学院 专业电气工程 姓名xxxxxxx 学号xxxxxxxxxxxx 2013年6月

目录 1 风资源及风力发电的基本原理 (1) 1.1 风资源概述 (1) 1.2 风力发电的基本原理 (2) 1.3 风力发电特点 (3) 2 风能及风力机系统模型的建立 (3) 2.1风频模型 (3) 2.2 风速模型 (4) 2.3 风力机建模与分析 (5) 3 变桨距风力发电机组控制系统模型 (10) 3.1 变桨距风力发电机组的运行状态 (10) 3.2 变桨距控制系统 (11) 4风力发电控制系统的模拟仿真分析 (13) 4.1 无穷大系统模型的建立 (13) 4.2 风力发电机系统并网模拟仿真分析 (13) 5 结论 (17) 参考文献 (18)

摘要：风力发电作为一种清洁的可再生能源利用方式，近年来在世界范围内获得了飞速的发展。本文基于风力机发电建立模型，建立了以风频、风速模型为基础的风力发电理论基础，运用叶素理论，建立了变桨距风力机机理模型，然后分析了变速恒频风力发电机的运行区域与变桨距控制的原理与方法，并给出了机组的仿真模型，最后搭建了一套基于PSCAD/EMTDC 仿真软件的风力发电系统控制模型以及完整的风力发电样例系统模型，并且已初步实现风力机特性模拟功能。 关键词：风力发电；风频；风速；风力机；变桨距；建模与仿真 1 风资源及风力发电的基本原理 1.1 风资源概述 随着世界工业化进程的不断加快，使得能源消耗逐渐增加，全球工业有害物质的排放量与日俱增，从而造成气候异常、灾害增多、恶性疾病的多发，因此，能源和环境问题成为当今世界所面临的两大重要课题。由能源问题引发的危机以及日益突出的环境问题，使人们认识到开发清洁的可再生能源是保护生态环境和可持续发展的客观需要。可以说，对风力发电的研究和进行这方面的毕业设计对我们从事风力发电事业的同学是有着十分重大的理论和现实意义的，也是十分有必要的。 风力发电起源于20世纪70年代，技术成熟于80年代，自90年代以来风力发电进入了大发展阶段。随着风力发电容量的不断增大，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向全桨叶变距控制和变速控制发展。前人在风轮机的空气动力学原理和能量转换原理的基础上,系统分析了定桨距风力发电机组、变桨距风力发电机组、变速风力发电机组的基本控制要求和控制策略，并对并网型风力发电机组的变桨距控制技术进行了一定的研究。变桨距风力发电机组的主要控制是在起动时对风轮转速的控制和并网后对输入功率的控制。通过变距控制可以根据风速来调整桨叶节距角，以满足发电机起动与系统输出功率稳定的双重要求。但由于对运行工况的认识不足，对变桨距控制系统的设计不能满足风力发电机组正常运行的要求，更达不到优化功率曲线和稳定功率输出的要求。 1、风能的基本情况[1] 风的形成乃是空气流动的结果。风向和风速是两个描述风的重要参数。风向是指风吹来的方向，如果风是从东方吹来就称为东风。风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距离。

永磁直驱风力发电系统开题报告

毕业设计（论文） 开题报告 题目：永磁直驱风电系统动态特性仿真研究 学院专业 学号： 学生姓名： 指导教师：（职称：） （职称：） 2016年 3 月15 日 1、课题来源及选题的理由或意义： 课题来源：导师定题 选题理由： 随着全球经济的快速发展，环境和资源问题越来越严重，实现能源的可持续发展与再生利用已成为必须解决的问题。风能作为一种清洁的可再生能源越来越受人类重视。风力发电作为一种风能的主要利用形式正飞速发展，风力发电代替传统能源发电的比例正逐步上升，并在电力越来越受重视。 目前大多数风电系统采用的双馈发电机具有齿轮箱，与其相比，直驱式永磁同步风电机组是风力机与发电机直接相连，减小了齿轮箱带来的机械损耗和设备的不稳定性，从而大大提高了可靠性，降低了维护费用。且具有结构简单，转换效率高，控制灵活等特点，发展较好，在风力发电系统中越来越受到欢迎。大型永磁同步风力发电机组已成为目前兆瓦级大型风电场所采用的主流风电机组。 2、研究内容及拟解决的关键问题： 主要内容： 以直驱式永磁风力发电系统作为研究对象，通过研究风力机和永磁同步发电机各自的特性和运行机理，建立永磁直驱风力发电系统的数学模型，包括风速模型、风力机模型、永磁同步发电机模型和控制系统模型等，对风速变化时机组运行情况进行仿真。通过Matlab/Simulink对风速、风力机、永磁同步发电机等实现模型搭建，最终建成整个风力发电系统模型，进行仿真得出结果。 关键问题： 1. 建立准确的风速模型、风轮模型、风力机模型以及直驱式永磁同步发电系统（PMSG）模型； 2. 设计出永磁直驱风电系统的控制器； 3. 使用Matlab/Simulink仿真来验证设计的正确性和可行性； 3、国内外研究现状： 1. 国内外风电产业发展状况 美国是世界上最早重视风力发电的国家之一。1994年，美国的装机容量是163万千瓦，占当年全球风电装机容量的53%。到2000年，形成了40亿美元的风机产业，每年至少可交付30 万千瓦的风电机组产品。预计到2050年，全美风力发电将占全国电力的10%。欧洲是风力发电发展较快的地区，其中以丹麦和德国为代表。丹麦是世界风力发电的先进国家和风力发电机主要制造国之一。1978年丹麦成立了国立风力发电试验站，促使了风力机工业

基于-matlab的风力发电机组的建模和仿真

实验一 ：风力发电机组的建模与仿真 ： 学号： 一、实验目标: 1.能够对风力发电机组的系统结构有深入的了解。 2.能熟练的利用MATLAB 软件进行模块的搭建以及仿真。 3.对仿真结果进行研究并找出最优控制策略。 二、实验类容： 对风速模型、风力机模型、传动模型和发电机模型建模，并研究各自控制方法及控制策略；如对风力发电基本系统，包括风速、风轮、传动系统、各种发电机的数学模型进行全面分析，探索风力发电系统各个部风最通用的模型、包括了可供电网分析的各系统的简单数学模型，对各个数学模型，应用 MATLAB 软件进行了仿真。 三、实验原理： 风力发电系统的模型主要包括风速模型、传动系统模型、发电机模型和变桨距模型，下文将从以上几方面进行研究。 1、风速的设计 自然风是风力发电系统能量的来源，其在流动过程中，速度和方向是不断变化的，具有很强的随机性和突变性。本文不考虑风向问题，仅从其变化特点出发，着重描述其随机性和间歇性，认为其时空模型由以下四种成分构成：基本风速b V 、阵风风速 g V 、渐变风速 r V 和噪声风速 n V 。 即模拟风速的模型为： V=b V +g V +r V +n V （1-1) （1）. 基本风b V =8m/s 基本风仿真模块 （2）阵风风速 ? ?? ??=0 cos v g V g g g g g g T t t T t t t t t +>+<<<1111 (1-2) 式中： ??? ?????--=)(2cos 121max cos g g g T t T t G v π (1-3) t 为时间，单位 s ；T 为阵风的周期，单位 s ；cos v ，g V 为阵风风速，单位m /s ；g t 1为阵风开始时间，单位 s ；max G 为阵风的最大值，单位 m/s 。

永磁同步风力发电系统的组成、工作原理及控制机理

永磁同步风力发电系统的系统基本组成、工作原理、控制 模式论述 1.系统的基本组成： 直驱式同步风力发电系统主要采用如下结构组成：风力机（这里概括为：叶片、轮毂、导航罩）、变桨机构、机舱、塔筒、偏航机构、永磁同步发电机、风速仪、风向标、变流器、风机总控系统等组成。其中全功率变流器又可分为发电机侧整流器、直流环节和电网侧逆变器。就空间位置而言，变流器和风机总控系统一般放在塔筒底部，其余主要部件均位于塔顶。 2.工作原理： 系统中能量传递和转换路径为：风力机把捕获的流动空气的动能转换为机械能，直驱系统中的永磁同步发电机把风力机传递的机械能转换为频率和电压随风速变化而变化的不控电能，变流器把不控的电能转换为频率和电压与电网同步的可控电能并馈入电网，从而最终实现直驱系统的发电并网控制。 3.控制模式： 风力发电机组的控制系统是综合性控制系统。它不仅要监视电网、风况和机组运行参数，对机组运行进行控制。而且还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。 风力发电控制系统的基本目标分为三个层次： 分别为保证风力发电机组安全可靠运行，获取最大能量，提供良好的电力质量。 控制系统主要包括各种传感器、变距系统、运行主控制器、功率输出单元、无功补偿单元、并网控制单元、安全保护单元、通讯接口电路、监控单元。 具体控制内容有：信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、自动最大功率点跟踪控制、功率因数控制、偏航控制、自动解缆、并网和解列控制、停机制动控制、安全保护系统、就地监控、远程监控。

一、系统运行时控制： 1、偏航系统控制： 偏航系统的控制包括三个方面：自动对风、自动解缆和风轮保护。 1)自动对风 正常运行时偏航控制系统自动对风，即当机舱偏离风向一定角度时，控制系统发出向左或向右调向的指令，机舱开始对风，当达到允许的误差范围内时，自动对风停止。 2)自动解缆 当机舱向同一方向累计偏转2~3圈后，若此时风速小于风电机组启动风速且无功率输出，则停机，控制系统使机舱反方向旋转2~3圈解绕；若此时机组有功率输出，则暂不自动解绕；若机舱继续向同一方向偏转累计达3圈时，则控制停机，解绕；若因故障自动解绕未成功，在扭缆达4圈时，扭缆机械开关将动作，此时报告扭缆故障，自动停机，等待人工解缆操作。3)风轮保护 当产生特大强风时，停机并释放叶尖阻尼板，桨距调到最大，偏航90°背风，以保护风轮免受损坏。 2、变桨距系统控制 变桨系统的控制包括三个方面：启动状态（转速控制）、欠功率状态（不控制）和额定功率状态（功率控制）。 1)起动状态 桨叶在静止时，节距角为90°，这时气流对桨叶不产生转矩，整个桨叶实际上是一块阻尼板。当风速达到启动风速时，桨叶向0°方向转动，知道气流对桨叶产生一定的攻角，风轮开始起动。在发电机并入电网以前，变桨距系统的节距给定值由发电机转速信号控制。转速控制器按照一定的速度上升斜率给出速度参考值。为确保并网平稳，对电网产生的冲击尽可能小，变桨距系统可以在一定时间内，保持发电机的转速在同步转速附近。 2)欠功率状态 当风速低于额定风速时，发电机在额定功率以下工作，此时变桨距系统不加控制，节距角为0，以实现最大功率跟踪。 3)额定功率状态 当风速达到或超过额定风速后，风力发电机进入额定功率状态。变桨距系统根据发电机的功率信号进行控制。 3、机侧变流器的控制 永磁同步发电机侧变流器的控制目标是： 1)将永磁同步发电机发出的频率和电压幅值变化无序的交流电整流成直流电 2)控制风力机转速，实现最大风能捕获 3)控制与永磁同步发电机间的无功交换。 4、网侧变流器的控制 网侧变流器可以工作在整流和逆变状态，一般情况下在单位功率因数逆变运行。此时，能量由直流侧流向电源，且无功功率为零。 网侧逆变器控制目标是： 1)将直流电逆变为与电网频率、幅值相同的交流电，保证电网侧电流正弦，减少谐波对电网的污染并维持直流侧电压恒定，提高发电效率。