永磁直驱风力发电系统的仿真研究

论文总字数：16159字

摘 要

伴随着能源问题日趋严重，风力发电技术作为一种新能源技术受到越来越多关注。本文作介绍的永磁直驱风力发电系统又因为其功率高、操作便捷等优势受到人们的青睐并被广泛使用。

本文介绍了风发电技术的拓扑结构，对永磁直驱风发电优势进行详细讲解，同时采用Matlab/Simulink建立有关风力机的模型，在此基础上研究风能的捕获特点。研究永磁电机矢量结构并验证其可行性。

对于网测变换器而言，本文分析其工作基本原理与阐述负载变化会对其产生干扰，同时利用matlab仿真方法进行验证说明。仿真结果验证了整个系统能够正常运行，能够应用于风力发电系统中

关键字：永磁直驱风力发电系统；矢量控制；PWM整流器

Simulation Study of Permanent Magnet Direct Drive Wind Power Generation System

Abstract

Nowadays, there are serious energy problems, so people pay more attention to new energy technology, especially wind power, which is a new energy technology. For this paper, the permanent magnet direct-drive wind power generation system is briefly analyzed. Because of its high performance, the permanent magnet direct-drive wind power generation system is loved by people.

In this paper, the topological structure of wind power generation technology is briefly introduced, and the advantages of direct-drive permanent magnet wind power generation are explained in detail. At the same time, the model of wind turbine is established based on the principle, the characteristics of wind energy are studied, the vector structure of permanent magnet motor is designed, and the feasibility of this design is evaluated.

This paper also briefly introduces the basic principle of the network test converter, through matlab simulation to illustrate the impact of load changes on the network test converter. The simulation results verify that the entire system is working properly.

Keywords: permanent magnet direct-drive wind power generation system, vector control,PWM rectifier

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 风力发电系统及国内外发展状况 1

1.1.1 国内外风力发电的发展状况 1

1.2 直驱风力发电机组的现状 3

1.2.1 国内外直驱永磁风力发电机组的现状 3

1.2.2永磁直驱风力发电系统的特点 4

1.3本文主要研究内容 4

第二章永磁直驱风力系统理论分析 5

2.1风能的基础理论 5

2.2风速与获得的风能之间的关系 6

2.3风力机的仿真 8

2.4直驱型永磁风力发电系统的典型结构 9

2.4.1不控整流 Boost变换器 逆变器结构 9

2.4.2 PWM整流 PWM逆变结构 10

第三章永磁直驱风力发电机的基本理论 11

3.1永磁直驱风力发电系统的优势 11

3.2电机坐标变换 11

3.3永磁电机数学模型 14

3.4 永磁同步电机矢量控制系统的构建与分析 15

3.5 系统仿真 16

3.5.1 SVPWM的产生与仿真模型 16

3.5.2 PMSM调速系统模型搭建与仿真 19

第四章网侧变换器的控制与仿真 21

4.1 PWM整流器简介 21

4.2PWM整流器拓扑结构 21

4.3网测变换器高低频数学模型 22

4.3.1三相VSR一般数学模型 22

4.3.2两相旋转坐标系下的低频数学模型 23

4.4 网侧三相VSR仿真研究 24

4.4.1网侧变换器系统控制和建模 24

4.4.2 系统仿真 25

第五章 结论 27

致 谢 28

参考文献 29

第一章 绪论

1.1 风力发电系统及国内外发展状况

清洁、系统化应用、高效的技术体系这三方面是清洁能源的本质，可见风能满足清洁能源的范畴，因此，世界各国都把研发风能作为可持续发展能源战略的重点，风作为一种自然现象产生于太阳辐射热，再由太阳向地球传递过程当中耗损了绝大部分的风，仅有2%能够形成风能，但是在利用率上，风能总量就远远大于水能总量。对于风能而言，除可利用总量多外。风能还有以下优点：

1. 风能无污染属于清洁能源
2. 风力发电厂的维护成本低[^[1]]
3. 风能具有再生性

风能的缺点：

1. 风能受季节影响较大
2. 风车对风能的利用率受限制
3. 距地面高度变化对风能产生影响。

风力发电装置是开发风能的最主要装置，变速恒频与恒速恒频共同组成整体风力发电系统，对于变速恒频而言，其驱动方式有两种分别是直接驱动与间接驱动，其中的直接驱动方式是当前风力发电的首选，因其系统简单，便于操作，转化效率高，其在发电过程当中能避免齿轮的阻力对风力发电值的影响，同时风力发电机产生的电能经过直接驱动方式将其转化为交流电，并且交流电具有恒压恒频因此可直接输送于电网使用。

全球经济迅速的发展，也带来了沉重的环境与资源问题，探讨如何可持续发展能源问题与能源再生问题是当下解决能源问题的关键，风能既属于可再生能源同时风能也是清洁能源之一，因此，人们更加关注对于风能的探索，人们对于风能的利用主要采用风力发电装置，近年来，风力发电装置站发电装置总比上升。并且上述问题也并非无法克服，本论文的工作就是在风力发电这一领域中努力探索。

• • 1. 国内外风力发电的发展状况

使用风能的历史可以追溯到第一艘帆船。根据公元前3500年的记载，古埃及人发明了风力帆船并沿着尼罗河航行。1887年7月，苏格兰学者在度假屋建造了第一台风力涡轮机，用于电池充电和别墅照明。19世纪末，丹麦人建立了第一座风力发电站，但由于经济和其他原因，风力发电没有大规模使用。1973年爆发石油危机，美欧等发达国家大力研发风力发电。

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