直驱式永磁同步风力发电系统最大功率控制

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直驱永磁同步发电机风力发电系统最大输出控制

Ｊｎ０８ｕ．２０
直驱永磁同步发电机风力发电系统最大输出控制
邓秋玲，黄守道肖锋，
（．１湖南工程学院电气系，南湘潭，１ｉ１２湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙４０８）湖４１０；．１０２
ＤＥＮＧｕＬｉｇ一，ＨＵＡＮＧｈｕＤａ。Ｑｉ — ｎＳｏ — ｏ。ＸＩＡＯｎＦｅｇ
（．ｐｒｍｅｔｆｅｔｏｉ，ＨｕａｎｔｕｅｏｎｉｅｒｇＸｉｎｔｎ４１０；１ＤｅａｔｎｃｒｎｃｏＥｌｓｎｎＩｓｉｔｆｇｎｅｉ。ａｇａ１１４ｔＥｎ
［要］该文提出了一种使内嵌式永磁体同步发电机（ＰＳ风力发电系统输出最大的控制方法．了使输出功率最摘ＩＭＧ）为
大，ＩＭＳ采用最大功率点跟踪（ＴＴ）最大效率控制．对ＰＧＭＰ和通过使用最大功率点跟踪控制技术，根据发电机转矩适当地控制发电机的速度．用最大效率控制和最大转矩控制，制ＩＭＳ电流矢量以降低发电机损耗和使输出功率最大．使控ＰＧ仿真结果证明了这个控制方法的效果．关键词：磁同步发电机；力发电；大输出；驱永风最直文献标识码：Ａ文章编号：００—５０（０８０１０９０２０）２—０８ —００５６

直驱型永磁同步风力发电系统变流器的控制研究

三、直驱型永磁同步风力发电系统变流器的控制策略
控制策略是直驱型永磁同步风力发电系统变流器的核心，其目的是在风速变化和负载变化的情况下，保持系统的稳定性和效率。以下是几种常见的直驱型永磁同步风力发电系统变流器的控制策略：
1、最大功率点追踪（MPPT）：MPPT控制策略的目的是在风速变化的情况下，使风力发电机始终工作在最大功率点附近。通过实时监测风速和发电机输出功率，并调整功率变换器的控制参数，使发电机输出功率与风速对应，以实现最大功率点的追踪。
3、混合控制
混合控制是一种将直接电流控制和间接电流控制相结合的控制方法。该方法结合了直接电流控制的高效性和间接电流控制的稳定性优点，能够更好地实现变流器的控制。在混合控制中，可以通过调节PI控制器和发电驱型永磁同步风力发电系统变流器控制方法进行了深入研究，介绍了直接电流控制、间接电流控制和混合控制三种常见的控制方法。这些控制方法在实现变流器的高效控制和提高系统稳定性方面都具有重要作用。随着风电技术的不断发展，我们可以进一步研究更先进的变流器控制策略，以提升直驱型永磁同步风力发电系统的性能和稳定性。
5、系统集成与优化：研究如何将各个系统部件进行更好的集成和优化，以实现整个风力发电系统的最优化。
6、网络安全与可靠性：随着风力发电系统变得越来越复杂，如何确保其网络安全和可靠性将成为一个重要的研究课题。需要研究有效的防护措施和容错策略来应对潜在的网络攻击和故障。
参考内容
随着人们对可再生能源的需求日益增长，风力发电技术在全球范围内得到了快速发展和广泛应用。直驱型永磁同步风力发电系统由于其高效率、低噪音等优点，逐渐成为了风力发电领域的研究热点。在直驱型永磁同步风力发电系统中，变流器控制策略对于提高系统效率和稳定性具有重要意义。本次演示将对直驱型永磁同步风力发电系统变流器控制方法进行深入研究。

《基于永磁同步电机的直驱型风力发电系统控制策略的研究》

《基于永磁同步电机的直驱型风力发电系统控制策略的研究》篇一一、引言随着全球能源需求的持续增长和环境保护意识的日益加强，可再生能源的开发和利用已经成为各国能源战略的重要组成部分。

其中，风力发电作为最具发展潜力的可再生能源之一，受到了广泛关注。

直驱型风力发电系统因其高效率、低维护成本等优点，逐渐成为风力发电领域的研究热点。

本文将重点研究基于永磁同步电机的直驱型风力发电系统的控制策略，以提高系统的稳定性和发电效率。

二、永磁同步电机的基本原理永磁同步电机（PMSM）是一种利用永磁体产生磁场，通过电机内部的电流与磁场相互作用实现能量转换的电机。

其工作原理基于电磁感应定律和安培环路定律，具有结构简单、效率高、运行可靠等优点。

在直驱型风力发电系统中，PMSM作为发电机，可以直接将风能转化为电能，无需通过齿轮箱等传动装置。

三、直驱型风力发电系统的构成及工作原理直驱型风力发电系统主要由风轮、永磁同步发电机、变流器、控制系统等部分组成。

风轮在风力的作用下旋转，驱动永磁同步发电机发电。

变流器将发电机输出的交流电转换为直流电，以便于输送和储存。

控制系统则负责监测系统的运行状态，根据风速、电压、电流等参数调整电机的运行状态，保证系统的稳定性和发电效率。

四、基于永磁同步电机的直驱型风力发电系统控制策略为了进一步提高直驱型风力发电系统的性能，需要采用合理的控制策略。

本文提出的控制策略主要包括以下几个方面：1. 最大功率点跟踪（MPPT）控制：通过实时监测风速和电机的运行状态，调整电机的输出功率，使系统始终处于最大功率点附近，从而提高系统的发电效率。

2. 电压和频率控制：通过变流器对输出电压和频率进行控制，保证电能质量，满足电网接入要求。

3. 故障诊断与保护：通过监测系统的运行状态和参数，及时发现故障并进行保护，避免系统损坏和事故发生。

4. 智能控制策略：利用现代控制技术和智能算法，如模糊控制、神经网络等，对系统进行智能控制，提高系统的自适应性和鲁棒性。

直驱式永磁同步风力发电机组建模及其控制策略

直驱式永磁同步风力发电机组建模及其控制策略一、本文概述随着全球能源需求的持续增长和环境保护的日益紧迫，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，正受到越来越多的关注。

直驱式永磁同步风力发电机（Direct-Drive Permanent Magnet Synchronous Wind Turbine Generator, DDPMSG）作为一种新型风力发电技术，以其高效率、高可靠性以及低维护成本等优点，逐渐成为风力发电领域的研究热点。

本文旨在对直驱式永磁同步风力发电机组的建模及其控制策略进行深入研究。

文章将介绍直驱式永磁同步风力发电机的基本结构和工作原理，为后续建模和控制策略的研究奠定基础。

接着，文章将详细阐述直驱式永磁同步风力发电机组的数学建模过程，包括机械部分、电气部分以及控制系统的数学模型，为后续控制策略的设计提供理论支持。

在控制策略方面，本文将重点研究直驱式永磁同步风力发电机组的最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking, MPPT）控制和电网接入控制。

最大功率点跟踪控制旨在通过调整发电机组的运行参数，使风力发电机组在不同风速下都能保持最佳运行状态，从而最大化风能利用率。

电网接入控制则关注于如何确保发电机组在并网和孤岛运行模式下的稳定运行，以及如何在电网故障时实现安全可靠的解列。

本文还将探讨直驱式永磁同步风力发电机组的控制策略优化问题，以提高发电机组的运行效率和稳定性。

通过对控制策略进行优化设计，可以进一步减少风力发电机组的能量损失，提高风电场的整体经济效益。

本文将对直驱式永磁同步风力发电机组的建模及其控制策略进行总结，并展望未来的研究方向和应用前景。

通过本文的研究，可以为直驱式永磁同步风力发电机组的实际应用提供理论指导和技术支持，推动风力发电技术的持续发展和优化。

二、直驱式永磁同步风力发电机组的基本原理直驱式永磁同步风力发电机组（Direct-Drive Permanent Magnet Synchronous Wind Turbine Generator，简称DD-PMSG）是一种将风能直接转换为电能的装置，其基本原理基于风力驱动、机械传动、电磁感应和电力电子控制等多个方面。

风力发电最大功率跟踪策略

风力发电最大功率跟踪策略本小节需要模拟风力机发电，通过对风力机发电机理研究，采用最大功率跟踪策略，再通过Lab VIEW 仿真得到最大功率追踪到的输出功率曲线图，为协调控制策略提供重要的参数依据。

典型的直驱式永磁同步发电系统的总体结构图如下图所示，其中包括风力机、永磁同步发电机、功率变换模块以及其控制单元。

直驱式风力发电系统中，风能至机械能的转换由风力机实现。

根据风力机的气动理论，单位时间内速度为的空气动能为：E=12pπr2ν3式中，r 为风轮半径，ｐ为空气密度，ｖ是风速。

风力机输出的气动功率、转矩与风速、风力机参数的满足如下式P=0.5ps w C P(λ,β)ν3P v=12(ps w v)v2=12ps w v3式中，p为空气密度；s w为风力机叶片切割风的面积；p为未扰动风速；C P(λ,β)为是风力机的功率系数。

设风力机位定桨距角为0度，风轮叶片半径为R=1.3m ，空气密度系数为31.205kg/ m 。

当风力机角速度在0~130rad/s（即转速从0-1433r/min）、风速在4m/s~12m/s 的范围内变化时，风力机的运行特性曲线如图所示：又因为T =P/ω其中，T 是风力机转轴转矩，P 是风力机输出功率，ω表示风力机转速。

根据该式可分析风力机的转矩转速运行特性，可知风力机拖动实质在于：在某一风速下，风力机依据转子转速，输出与该转速相匹配的转矩。

由以上研究可以推理出，在不采用实际风力机的情况下，如果能实现对电动机转矩的有效控制，则可实现对风力机的等效模拟。

为了能在不具备风场环境的实验室条件下实现永磁发电机的风力发电，采用直流电动机模拟风力机工作特性的实现方案。

该方法基于风力机和直流电动机在功率（转矩）特性上的相似性，采用转矩控制方案实现风力机特性的直流电机模拟，为此得出了转矩控制的方法。

模拟的具体思路为：首先选定需要模拟的风力机叶轮半径，该半径在Lab VIEW上通过公式模拟，对需要的参数目标进行调节就可以得到需要的半径参考值，再根据风力机特性方程，得到该风力机不同风速下的“转速-转矩”数值曲线。

直驱式永磁同步风力发电机最大功率跟踪的基本控制方法

直驱式永磁同步风力发电机最大功率跟踪的基本控制方法一、最大风能捕获控制的基本原理风能作用在风轮上，风能只有一部分可以被风轮吸收。

风力机从风能中捕获的功率Pw可表示为式中Pw——风力机从风能中捕获的风功率；ρ——空气密度；A——风力机扫风面积；v——风速；C p ——风力机的风能利用系数。

在桨距角一定的情况下，Cp是叶尖速比λ的函数，λ为式中ωw——风力机机械角速度；Rtur——风轮半径；v——风速。

在实际应用中常用风能利用系数Cp对叶尖速比λ的变化曲线表示该风轮的空气动力特性，如图7-4和图7-5所示。

图7-4 风轮气动特性（Cp-λ）曲线图7-5 永磁同步发电机不同转速从短路状态到开路状态的全特性曲线时就可以获得最大风能利当桨距角一定时，风力机运行于最佳叶尖速比λopt，此时风力机的转换效率最高，即用系数Cpmax式中ω——风力机的最优机械角速度；optλ——最佳叶尖速比。

opt成比例调节，以保持λ总在最优。

上式要求风轮机组的转速ω可以随风速v1在直驱式永磁同步风力发电系统中，风力发电机与风力机直接相连，风力发电机组的动态特性可以用一个简单的数学模型描述为——风力发电机组的转动惯量；式中Jtur——风力机的气动转矩；TturT——风力发电机电磁转矩。

em为风力机气动转矩Ttur其中式中ρ——空气密度；β——桨距角；CT——风力机转矩系数；Cp——风能利用系数。

稳态时，当风力机运行在一个最佳叶尖速比λopt 时，有一个最佳功率系数Cpopt与之对应，且转矩系数CT =Cpopt/λopt=CTopt也为常数，此时捕获的风能为最大，为式中S——风轮扫风面积。

稳态时，当忽略摩擦阻力转矩，发电机的电磁转矩应该与风力机气动转矩相等，即式（7-7）是在稳态条件下推导出来的发电机电磁转矩与转速之间的关系，它可以作为用于控制电机转矩的给定值，是发电机转速的函数。

即当风速在额定风速以下时，发电机的电磁转矩按照式（7-12）的关系控制，整个系统就能够实现最大风能的捕获，这就是额定风速以下最大风能捕获的基本原理。

直驱式永磁同步风力发电系统的控制研究

直驱式永磁同步风力发电系统的控制研究一、本文概述随着全球能源需求的持续增长和环境保护压力的加大，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，越来越受到世界各国的关注和重视。

直驱式永磁同步风力发电系统（Direct-Drive Permanent Magnet Synchronous Wind Power Generation System，简称D-PMSG）作为一种新型的风力发电技术，具有高效率、高可靠性、低维护成本等优点，因此在风力发电领域具有广阔的应用前景。

本文旨在深入研究直驱式永磁同步风力发电系统的控制技术，探讨其在实际应用中的性能优化和稳定性提升。

文章首先介绍了直驱式永磁同步风力发电系统的基本原理和组成结构，包括风力机、永磁同步发电机、功率变换器等关键部分。

随后，文章重点分析了直驱式永磁同步风力发电系统的控制策略，包括最大功率点跟踪控制、电网同步控制、有功和无功功率解耦控制等，并讨论了这些控制策略在实际应用中的优缺点。

本文还探讨了直驱式永磁同步风力发电系统在并网和孤岛运行模式下的控制问题，以及系统故障时的保护策略。

通过理论分析和实验研究，文章提出了一些改进的控制方法和策略，旨在提高直驱式永磁同步风力发电系统的运行效率和稳定性，为风力发电技术的发展提供理论支持和实践指导。

本文总结了直驱式永磁同步风力发电系统控制研究的现状和发展趋势，展望了未来可能的研究方向和应用前景。

希望通过本文的研究，能够为直驱式永磁同步风力发电系统的进一步推广和应用提供有益的参考和借鉴。

二、直驱式永磁同步风力发电系统概述直驱式永磁同步风力发电系统（Direct-Drive Permanent Magnet Synchronous Wind Turbine Generator System，简称DD-PMSG）是一种新型的风力发电技术，其最大特点在于风力机直接与发电机相连，省去了传统的齿轮增速箱，从而实现了发电机的直接驱动。

直驱式永磁同步风力发电机输出功率平滑控制

出有功功率恒定，发电机组稳定运行。
荑键词Ｐ风力容鹂ｉ；装熙角控制；有功功率平衡ＯｕｐｔｏｒｍｏｔｉｇＣｏｔｏｆｒｃ－ｒｖｎＰｒｎｎｔｕｗｅｐＳｏｈｎｎｒｌｅｔｄｉｅｅｍａｅｔｏＤｉ
ＭａｎｔｙｃｒｎｕｎｒｔｒｆｒｉｄＴｒｉｅｇｅｎｈｏｏｓＧｅｅａｏｏｎｕｂｎＳＷ
电机组正常、高效、可靠运行的关键技术之一［。６１
收稿日期：２０－１０９１— ８１
３０
本文以一实际工程为背景，分析直驱式永磁
技术应用・能源新
同步风力发电机组的变桨矩运行特性。采用ＰＬＣ来实现发电机输出有功功率的平滑控制，并将此
机并人电网之前由速度控制器根据发电机的转速
反馈信号和风速信号进行变桨距控制；发电机并人电网之后，功率控制器起作用，功率控制器通
ｍａｉｇｕｅｏＬｏｃｎｒｌｈｉｈａｇｅｔｅｃｎｏｔｔｇａｅｐｔｅｏｔｕｃｉｅｐｗｅｆｈｉｃ－ｋｎｓｆＣｔｏｔｅｐｔｎｌ；ｈｏｔｌｒｅｙｃｎｋｅｕｐｔｔｏｒｏｅｄｒｔＰｏｔｃｒｓａｈａｖｔｅ
ＹＡＮＧｅｈｎＰｉｏｇ
ｆｃｏｌｆｎｏｍａｉｎＥｇｎｅｉｇＩｎｒｎｏｉｎｖｒｉｆｃｅｃｎｅｈｏｏ，Ｓｈｏｏｆｒｔｎｉｅｒ，ｎｅｇｌＵｉｅｓｙｏｉｅｄＴｃｎｌ￣ＩｏｎＭｏａｔＳｎａ

直驱永磁同步风力发电系统MPPT跟踪控制

ｔｅｒｈｏｙ，ａｈｅｅｔｅａｔｖｎｅｃｉｅｐｗｅｅｏｐｉｇｃｎｒｌｂｈｏｏｉｌｒｅｔｄｃｎｒｌｓｒｔｇｃｉｖｈｃｉｅａｄｒａｔｏｒｄｃｕｌｏｔｏｙｔｅｒｔｒｆｅｄｏｉｎｅｏｔｏｔａｅｙ，ｒｄｃｏｓｓｖｎｅｕｅｌｓｅ
ｒｓｌｒｉｅ．Ｅｘｅｉｎａｅｕｔｅｉｙｔｅｃｒｅｔｅｓａｄｆａｉｉｔｆｔｅｃｎｒｌｓｓｅ￣ｅｕｔａｅｇｖｎｓｐｒｍｅｔｌｓｌｓｖｒｆｈｏｒｃｎｓｎｅｓｂｌｙｏｈｏｔｏｙｔｎｒｉＫｅｒｓｅｔｒｃｎｒｌｒｔｒｆｅｄｏｉｎａｉｎ；Ｐｙｗｏｄ：ｖｃｏｏｔｏ；ｏｏｉｌｒｅｔｔｏＭＰＴ
０引言
与双馈交流励磁风力发电系统相比，驱永磁风直
变时风电机组的动态特性进行了仿真研究，真结果仿验证了所建立模型和控制系统的有效性。

ａｄｂｔｒｏｔｏｏｐｅ．ＳｌｔｎｔｐｒｔｎｗｈｎｔｅｔｐｃａｇｆｎｐｅｙＭａｌｂＳｍｕｉｋａｄｓｌｔｎｎｅｔｎｒｌｆｅｄｉａｅｕｉｏｅａｉｅｅｈｎｅｄｓｅｄｂｔ／ｉｌｎｉａｉｅｃｓｍｕｏｈｓｏｗｉａｎｍｕｏ
嘲啸
簧
直驱永磁同步风力发电系统ＭＰＴ跟踪控制Ｐ

风力发电机组控制系统设计-—最大功率点跟踪控制

课程设计说明书风力发电机组控制系统设计-最大功率点跟踪控制专业新能源科学与工程学生姓名喻绸绢班级能源121学号1210604122指导教师薛迎成完成日期2015年12月14日目录1。

控制功能设计要求 01。

1任务 02.设计 (2)2.1 介绍对象（风力发电系统的最大功率点跟踪控制技术研究）22.2控制系统方案 (2)2。

2.1风力机最大功率点跟踪原理 (2)2。

2.2风力机发电系统 (5)2.2.3风速变化时的系统跟踪过程 (10)3。

硬件设计 (12)4.软件设计 (15)5。

仿真或调试 (16)参考文献 (18)1。

控制功能设计要求1。

1任务能源与环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题而传统能源已被过度消耗，因此，可再生能源的开发利用越来越受到重视和关注,其中风能具有分布广、储量大、利用方便、无污染等优点是最具大规模开发利用前景的新能源之一.目前，变速恒频风力发电系统已经广泛用于实际风机中,在低于额定风速的情况下根据风速变化的情况调节风机转速，使其运行于最优功率点，从而捕获最大风能;在高于额定风速时,通过对桨距角的调节，使风机以额定功率输出。

常用最大功率捕获方法主要有功率反馈法、模糊控制法、混合控制法等。

为了充分利用风能，提高风电机组的发电总量，本文分析风机特性及最大功率点跟踪（maximum pow er point tracking MPPT）工作原理.众多的MPPT实现方法各有千秋，对于不同的应用场所各有所长，对于多种方案，需要进行大量细致的实验工作和数据分析.风能是一种具有随机性、不稳定性特征的能源，风能的获取不仅与风力发电机的机械特性有关,还与其采用的控制方法有关。

在某一风机转速情况下，风速越大时风力机的输出功率越大,而对某一风速而言，总有一最大功率点存在.只有当风力发电机工作在最佳叶尖速比时，才能输出最大功率.好的控制方法可使风轮的转速迅速跟踪风速变化，使风力发电机始终保持在最佳叶尖速比上运行，从而最大限度地获得风能.要保证最大限度地将捕获到的风能转化为电能，目前一般采用最大功率点追踪控制（MPPT）控制策略.最大功率点跟踪（MPPT)是在可变风速条件下提高风力机能量转换效率的有效方法. 变速风电系统目前一般采用最大功率点追踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）的控制策略.2。

直驱式永磁同步风力发电系统

§6 直驱式永磁同步风力发电系统
一、概述 1.为什么风力发电系统中需要齿轮箱 2. 齿轮箱带来的问题 3. 如何能够省去齿轮箱 4. 直驱式永磁同Байду номын сангаас风力发电系统的两种典型结构
二、不控整流+Boost控制的PMSG工作原理最大功率追踪原理、控制思路、优缺点。
三、PWM变换器控制的PMSG工作原理 1.PMSG的数学模型 2.PMSG的矢量控制与最大功率追踪
id 、iq分别是定子电流的dq轴分量
(3)磁链方程
⎧⎪ψ d = Ldid +ψ f ⎨⎪⎩ψ q = Lqiq
⎧⎪ ⎨ ⎪⎩
Ld Lq
= =
Ldm Lqm
+ Lσ s + Lσ s
(2)电压方程
vs
=
Rs is
+
d (Lsis ) dt
+
d dt
(ψ
f
e jθe
)
vs 为发电机的定子端电压矢量 Rs为发电机的定子绕组的电阻 is 为定子电流矢量 Ls 为定子电感
θe 为转子转过的电角度 ψ f为永磁体产生的磁场与定子绕组交链得到的磁链
同步旋转坐标系统下，d轴正方向为转子磁极直轴的正方向，q
四、PWM并网变换器的工作原理
一、概述
1.为什么风力发电系统中需要齿轮箱
风力发电系统中，风力机的额定转速较低，一般为几十 r/min~ 300r/min，而且叶片越长，风力机的额定转速越低。
提示：从最佳叶尖速比的角度考虑。
λopt
=
ωR
v
叶片数相同的风力机，其叶尖速比相近，在相同的风速下，风轮的半径越大，风力机的转速须越小，才能保证叶尖速比为最佳叶尖速比。

直驱式永磁同步风力发电机的H∞控制

供一个可供最大功率点追踪控制算法使用的直流信号和功率信
号，实现最大功率控制；对整流器进行矢量控制，可以实现有功功率和无功功率的解耦控制。直流环节为ＰＷＭ逆变器提供一个
合适的直流电压，使得逆变器向电网输出一个期望的电流，以传
Ｉ引舌 ’
风力发电是开发和利用可再生能源的最好工具之一，有广具阔的市场前景。省去齿轮箱的直驱式永磁同来自风力发电机，因为
机相比可以使极距减小，以电机的转速可以设计得较低，以所可
运行，既提高了可靠性，改进了效率。风电场由一台大容量公又
用逆变器把直流母线的直流电转换成５Ｈ０ｚ的交流电，电压可以达１ｋ以直接并入当地电网使用，可以经变压器升压至更高２Ｖ，还电压后并人更高压电网传输到远处。由于风能本身的波动性、随机性，得并网运行的风电机群使
ｅｅｃｒｃｐｗｅｔｏｔｎｔ￣ｅｕｎｃｄｃｎｓａｔｖｈａｅｌｔｉｏｒｗｉｈｃｎｓａｑｅｙａｎｏｔｎｏｇ．
Ｋｅｗｏｄ：ｉｄｇｎｒｔｒＤｒｃｌｒｅｅｍａｅｔｇｅｙｃｒｎｕｉｄｇｎｒｔｒＨｃｎｒｌｙｒｓＷｎｅｅａｏｉｅｔｄｖｎｐｒｎｎｙｉｍａｎｔｓｎｈｏｏｓｗｎｅｅａｏｏｔｏ
Ａｂｔａｔ：ｎｔｉａｅｈｓｒｃＩｈｓｐｐｒｔｅＨｃｎｒｌｆｒｔｅｄｒｃｌｒｅｅｍａｅｔｍａｎｔｅｅａｏｓｔｄｅ．ＯｎｈａｉｆｄｒｃｅｄａｋｏｔｏｏｈｉｅｔｄｉｎｐｒｎｎｇｅｇｎｒｔｒｉｕｉｄｙｖｓｔｅｂｓｓｉｔｆｅｂｃｏｅｌｅｒｚｔｎｏｕｔｃｎｒｌｍｏｅｏｈｉｅｔｒｅｅａｅｔｍａｎｔｇｎｒｔｒｉｅｔｂｉｈｄＴｅｃｎｒｌｄｍｅｈｄｉｉａｉａｉ，ａｒｂｓｏｔｏｄｌｆｒｔｅｄｒｃｌｄｉｎｐｒｎｎｇｅｅｅａｏｓｓａｌｅ．ｈｏｔｌｔｏｓｎｏｙｖｍｓｏｅｏｔｉｅｙ日ｃｎｒｌｔｅｒ．Ｔｅｃｎｒｌａｇｒｈｉｉｌｎｒｃｉａｌ．Ｓｍｕａｉｎｈｗｈｔｔｅｐｏｏｅｏｔｏｌｒｂａｎｄｂｏｔｏｈｏｙｈｏｔｏｌｏｉｍｓｓｍｐｅａｄｐａｔｂｅｔｃｉｌｔｏｓｓｏｔａｈｒｐｓｄｃｎｒｌｅｇａａｔｅｈｎｏｅｙｔｍｃｉｖｈｘｍａｂｏｐｉｎｏｎｏｅｈｅｕｅａｄｓａｌｐｒｔｎａｄｔｕｐｔｈｕｒｎｅｓｔｅｗｉｄｐｗｒｓｓｅｔａｈｅｅｔｅｍａｉｌａｓｒｔｆｏｏｗｉｄｐｗｒｉｔｅｓｃｒｎｔｂｅｏｅａｉｎｏｔｕｅｎｏｏｔ

直驱式永磁同步风力发电机控制与运行概述

直驱式永磁同步风力发电机控制与运行概述一、直驱式永磁同步风力发电机运行区间根据风力机的功率特性把风速划分为5个区间：①风速低于切入风速；②风速在切入风速和额定转速之间；③风速超过风轮额定转速，发电机组运行在恒转速区；④风速继续增大到切出风速以下，发电机运行在恒功率区；⑤风速大于切出风速。

风力发电机组运行区域如图7-1所示。

图7-1 风力发电机组运行区域（1）停机模式。

风力机在风速小于切入风速或大于切出风速时，风能转化效率为零，称为停机模式。

当风速低于风力机的切入风速时，其产生的功率很小甚至低于内部消耗的功率，因此处于停机模式，此时叶片处于完全顺风状态，风力机的机械制动器处于开启状态；当风速超过风力机的切出风速时，为了保护风力机的安全，叶片被调至完全顺桨状态，风力机转速也下降为零，风力机将被锁定进入停机模式。

其他3个风速区间是风力发电机的正常运行状态，为了捕获到更多的风能，同时保证发电机组的安全运行，在不同的风速阶段对桨距角采用了不同的控制策略。

（2）最佳叶尖速比运行区。

即第②区间，即图7-1的AB区间。

当风速超过切入风速时，风力发电机组开始作为发电机运行。

此时要调节桨距角到最佳值使风能利用系数C恒定为最大值，以保证风力发电机组运行在最大功率点跟踪状p态。

（3）恒转速运行区间。

即第③区间，即图7-1的BC区间。

为了保证风力发电机组的安全稳定运行，一般都会根据风力发电机组的特性设定一个额定风速点对应图7-1中B点的速度，这个额定风速点应小于发电机的额定转速。

当风力机转速超过额定风速点时，随着风速的继续增大，要调节桨距角使Cp值减小，以保证风力发电机组进入恒转速区间。

但此时发电机的功率随风速的增加而增加，但仍然在额定功率以下。

（4）恒功率运行区间。

即第④区间，即图7-1中的CD段。

当风速继续增大，不仅发电机转速到达其额定值，同时发电机的输出功率也到达额定功率。

此时如果仍然按照最大风能捕获的控制策略将会使发电机的输入功率大于输出功率，发电机组将会导致“飞车”而使整个机组脱网。

《基于永磁同步电机的直驱型风力发电系统控制策略的研究》范文

《基于永磁同步电机的直驱型风力发电系统控制策略的研究》篇一一、引言随着环境保护意识的提高和可再生能源的持续发展，风力发电作为一种清洁、可持续的能源利用方式，越来越受到全球的关注。

直驱型风力发电系统因其结构简单、维护方便、效率高等优点，逐渐成为风力发电领域的研究热点。

其中，永磁同步电机（PMSM）作为直驱型风力发电系统的核心部件，其控制策略的优劣直接影响到整个系统的性能。

因此，对基于永磁同步电机的直驱型风力发电系统控制策略的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

二、永磁同步电机的基本原理永磁同步电机是一种利用永久磁场产生电势和转矩的电机。

其基本原理是利用电机内部的磁场与电流的相互作用，产生转矩，驱动电机转动。

PMSM具有高效率、高功率密度、低噪音等优点，在直驱型风力发电系统中得到广泛应用。

三、直驱型风力发电系统概述直驱型风力发电系统是一种将风能直接转换为电能的系统，其核心部件为永磁同步发电机。

该系统通过风轮机将风能转化为机械能，再由永磁同步电机将机械能转化为电能。

由于没有齿轮箱等传动部件，直驱型风力发电系统具有结构简单、维护方便、可靠性高等优点。

四、控制策略研究针对直驱型风力发电系统中永磁同步电机的控制策略，本文主要研究以下几个方面：1. 最大功率点跟踪（MPPT）控制策略：MPPT控制策略是直驱型风力发电系统的关键技术之一。

通过实时检测风速和电机转速，根据风电场的实际情况调整电机的工作状态，使系统始终运行在最大功率点附近，从而提高系统的发电效率。

2. 变频器控制策略：变频器是直驱型风力发电系统中的重要组成部分，其控制策略直接影响到电机的运行性能。

通过优化变频器的控制算法，可以实现电机的平稳启动、快速响应和高效运行。

3. 优化控制算法：针对永磁同步电机的特点，研究优化控制算法，如矢量控制、直接转矩控制等，以提高电机的运行效率和稳定性。

4. 故障诊断与保护策略：为确保直驱型风力发电系统的安全稳定运行，研究故障诊断与保护策略是必不可少的。

永磁同步直驱型全功率风机变流器及其控制

永磁同步直驱型全功率风机变流器及其控制近年来,风力发电技术取得了显著的进步,并逐渐成为新能源应用技术中的一个重要分支。

本文以安徽省“十五”科技攻关项目和国家“十一五”科技支撑项目为依托,对风力发电应用技术中的永磁同步直驱型全功率风机变流器及其控制技术进行研究。

在永磁同步风力发电机的数学模型、永磁同步风力发电机模拟器、永磁同步风力发电机的控制策略及其控制性能、永磁同步风力发电机无速度传感器控制、永磁同步风力发电机参数辨识、永磁同步直驱系统实验室模拟、直驱系统用全功率风机变流器的控制时序及全功率风机变流器的网侧、机侧变流器的协调控制等方面进行了深入研究,并获得了一些具有创新意义的科研成果。

本文主要研究内容及创新点可概括如下:1、针对直驱系统采用的永磁同步风力发电机的电气结构和论文研究关注的重点,建立了三相和六相永磁同步风力发电机的数学模型,并重点分析了各自的特点。

根据理论分析的模型方程,利用Matlab/Simulink建立了永磁同步风力发电机的通用仿真模型,并采用具体电机参数,给出了相关的仿真结果,三种模型的建立为后续针对永磁同步风力发电机控制策略和无速度传感器控制方法的研究建立了理论和仿真平台。

2、提出了一种兆瓦级永磁同步风力发电机模拟器:根据兆瓦级永磁同步风力发电机的数学模型,可获取不同转速状态下的发电机定子电压和定子电流方程,通过控制三相电压型PWM变流器来近似模拟发电机的这种定子输出电压和电流特性,可达到验证全功率风机变流器带载特性和带载能力的目的,文中详细给出了发电机模拟器的控制系统设计并仿真验证了所提方案的可行性。

3、对永磁同步风力发电机的常规矢量控制策略进行了详细的研究:分析了在实际工程应用的永磁同步直驱系统中,单纯采用常规的永磁同步发电机矢量控制方法的不足,结合实际的兆瓦级永磁同步风力发电机参数,文中提出了一种永磁同步风力发电机的复合矢量控制策略。

此策略的提出使得当直驱系统中的永磁同步发电机运行在不同的工况时,对其控制可实现不同矢量控制策略的切换运行,从而提高整个系统的运行稳定性和提高发电机的发电效率。

直驱式小型风力发电机MPPT控制

电气传动2015年第45卷第10期直驱式小型风力发电机MPPT 控制巩建英1，谢蓉2（1.长安大学电子与控制学院，陕西西安710064；2.西北工业大学自动化学院，陕西西安710072）摘要：以基于永磁同步发电机的直驱式小型风力发电机组为研究对象，为了在不使用机械传感器的情况下实现最大功率点跟踪（MPPT ）控制，提高系统可靠性和降低控制成本，提出了一种利用发电机输出端电压有效值和功率之间的关系曲线进行MPPT 控制方法。

该方法的主要贡献为：1）不使用机械传感器也能获得很好的MPPT 控制效果；2）通过对风力涡轮机和永磁同步发电机组成的系统进行建模，减小了理论分析和计算的难度。

仿真实验验证了所提出方法的有效性。

关键词：风力发电机；最大功率跟踪；电压—功率曲线；永磁同步发电机中图分类号：TN721文献标识码：AMPPT Control of Directly Driven Small Wind Turbine Generator SystemGONG Jian⁃ying 1，XIE Rong 2（1.School of Electronic &Control Engineering ，Chang ’an University ，Xi ’an 710064，Shaanxi ，China ；2.School of Automation ，Northwestern Polytechnical University ，Xi ’an 710072，Shaanxi ，China ）Abstract:Addressed the issues of control for directly driven small wind turbine generator system （WTGS ）basedon permanent magnet synchronous generators （PMSG ）.In order to achieve maximum power point tracking （MPPT ）with no mechanical sensors ，improve the reliability of WTGS and reduce its cost ，a method was proposed by using U -P curve to achieve MPPT.The contributions of the method were as follows ，1）a good MPPT control effect was obtained without sensors ，2）In order to reduce the difficulty of theoretical analysis and computation of the whole system ，a WTGS model consisting of wind turbine and PMSG was presented.The efficiency of the proposed method is verified.Key words:wind turbine ；maximum power point tracking （MPPT ）；U -P curve ；permanent magnet synchronousgenerator （PMSG ）基金项目：陕西省自然科学基金（2014JQ8342）作者简介：巩建英（1980-），男，博士，讲师，Email ：********************.cnELECTRIC DRIVE 2015Vol.45No.10近年来，随着新能源技术的发展，风力发电的成本不断降低，从而使得全球范围内风力发电机（wind turbine ，WT ）的安装容量剧增［1-2］。

《基于永磁同步电机的直驱型风力发电系统控制策略的研究》范文

《基于永磁同步电机的直驱型风力发电系统控制策略的研究》篇一一、引言随着可再生能源的持续发展，风力发电作为一种绿色、环保的能源方式，已逐渐成为全球范围内的研究热点。

在风力发电系统中，永磁同步电机（PMSM）因其高效率、高功率密度和低维护成本等优点，被广泛应用于直驱型风力发电系统。

本文旨在研究基于永磁同步电机的直驱型风力发电系统的控制策略，以提高系统的运行效率和稳定性。

二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机（PMSM）是一种以稀土永磁材料作为转子磁场的电机。

其基本原理是利用电子控制系统控制定子电流的相位和幅值，使电机产生恒定的电磁转矩，从而实现电机的稳定运行。

PMSM具有高效率、高功率密度、低噪音等优点，适用于直驱型风力发电系统。

三、直驱型风力发电系统概述直驱型风力发电系统是指风能直接驱动永磁同步电机进行发电的系统。

该系统无需齿轮箱等传动装置，简化了系统结构，提高了系统的可靠性。

同时，由于直接利用风能驱动电机，使得系统的能量转换效率更高。

四、控制策略研究针对直驱型风力发电系统，本文研究以下控制策略：1. 最大功率点跟踪（MPPT）控制策略：为充分利用风能资源，通过控制电机的工作点在最佳工作曲线附近，实现最大功率输出。

通过实时监测电机的输出功率和风速等信息，调整电机的转速和电压等参数，实现MPPT控制。

2. 速度和电流双闭环控制策略：为保证电机的稳定运行和输出功率的稳定性，采用速度和电流双闭环控制策略。

外环为速度环，根据风速和系统要求设定目标转速；内环为电流环，根据电机定子电流的实际值与参考值之间的误差调整电流控制器，实现对电机转速的精确控制。

3. 故障诊断与保护策略：为保证系统的安全运行，设计故障诊断与保护策略。

通过实时监测电机的运行状态和系统参数，及时发现并处理系统故障。

当系统出现异常时，自动切断电源或调整系统工作状态，避免设备损坏或事故发生。

五、实验与分析为验证所提出的控制策略的有效性，本文进行了实验分析。

永磁同步风力发电机最大功率控制

ｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｄｕｅｔｏｔｈｅｒｅｎｅｗａｂｉｌｉｔｙａｎｄ
ｃｌｅａｎｎｅｓｓｏｆｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙ．
Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｄｅａｌｓｗｉｔｌｌａｖａｒｉａｂｌｅ—ｓｐｅｅｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｕｓｉｎｇｐｅｒｍａｎｅｎｔｍｓｏｆＰＭＳＭｉｓａｃｈｉｅｖｅｄｂｙｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｃｏｐｐｅｒｌｏｓｓａｎｄ
ｉｒｏｎｌｏｓｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ—ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｃｏｎｔｒｏｌｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄａｐｐｌｉｅｄｔｏｗｉｎｄ
ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＰＭＳＭ）．Ｉｎｐａｒｔｉｃｕｌａｒ，ａｎｅｗＰＭＳＭｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒｍａｘｉｍａｌｌｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｔｏａｓｓｕｒｅｍａｘｉｍｕｍｏｕｔｐｕｔ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆ
利用空气升力的风力机又可进一步细分，按旋转轴方向分成水平轴风力机和垂直轴风力机。能量驱动链（风轮、主轴、增速箱、发电机）呈水平方向的称为水平轴风力机：能量驱动链与水平方向垂直的称为垂直轴风力机。垂直轴风力机又被称为达里厄型风力机，是由法国人ＣｔＪ．Ｍ．Ｄａｒｒｉｅｕｓ于１９２５年发明的。达里厄型风力机不受风向影响，变速箱和发电机可以安装在地面。但它每次转速改变时，扭矩都有较大的波动，不能自启动，风速大时调节限速困难。垂直轴风力机从７０年代开始发展，并逐步形成商业化生产。最大的垂直轴风力机是加拿大生产的，功率达到４．２ＭＷ。８０年代末之后，全球范围内对垂直轴风力机的研究和发展几乎停止。

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是关于桨
叶节距角和叶尖速比的函数。风力发电桨叶节距角固定，风力利用系数Ｌ主要由决定。对于直驱式永磁同步风力机，当桨叶节距角和风速一定时，最佳叶尖速比对应最大风力利用系数，这时直驱式永磁同步风力机运转效率最高。
另外，同一风速条件下，风力机转速不同，直驱式永磁同步风
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ＰｏｗｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
直驱式永磁同步风力发电系统最大功率控制
玛。力
（中煤科工集团重庆设计研究院有限公司。重庆４０００１６）
【摘
要】直驱式永磁同步风力发电系统是一种重要的兆瓦级
同步发电机相电流；
力发电系统输出功率不同，想要控制直驱式永磁同步风力发电系统最大功率，应随着风速的变化，及时调整风力发电机的转速，使其保持最佳，获得最大风能转换系数，从而快速捕获最大风能。３．２永磁同步风力发电机最大功率控制由于直驱式永磁同步风力发电机的定子电流和电磁转矩之间没有确定的对应关系，假设定子电流矢量确定，可得到确定的电磁转
行。
１直驱式永磁同步风力发电系统研究直驱式永磁同步风力发电系统主要由逆变、整流、永磁同步发电机、风力机等部分组成，为了简化风力发电系统控制，采用ＢＯＯＳＴ斩波电路和二极管整流电路作为ＡＣ－ＤＣ变换器。为了使直驱式永磁
同步风力发电系统运行在较大的风速范围内，最大限度利用风能，
别为直流侧电流和电压。为了简化直驱式永磁同步风力发电系统分析，设是系统线电压峰值，整流电路输出直流电压值为：
苎
系统最大功率控制策略。
【关键词】直驱式；永磁同步；风力发电系统；最大功率；控
制
１＝二Ｉ／ｔ＂
２．３Ｄｃ — ＤＣ变换器的变流控制模型为了简化分析，用直流电源代替二极管整流的输出电压，用负载电阻代替Ｂｏｏｓｔ变换器输出端的负载阻抗。假设等效电路的电容和电感较大，当开关管ｓｗ开启时，电感Ｌ快速储存能量；关闭时，能量转移到电容ｃ中，得到以下方程：ｕ＝（【：一ｕ）ｚ，由于：：，用占空比表
在不同风速条件下，直驱式永磁同步风力发电系统处于最佳转速时，其风能利用率最高，基于贝兹理论，风力机吸收的风能功率
１
二
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为Ｐ＝｛ｐ（，ａ）ｖ ’ ，其中，是风速；是桨叶节距角；是
叶尖速比；是风能利用系数；是风力机扫掠面积；是空气密度。由于空气密度和风速主要由客观环境所决定，在桨叶大小固
永磁同步风力发电系统模型建立，阐述了直驱式永磁同ห้องสมุดไป่ตู้风力发电
公式中，是机械角速度；是发电机励磁磁通；是电机常数。２．２二极管整流器输出和输入关系永磁同步发电机输出的交流电经过二极管整流器和电容滤波器后，转化为直流电。假设不考虑电路损耗，则二极管整流器输出功率和输入功率相等，即：３ｕ，＝【。Ｉ，其中，ｕ出１、１分
需设置ＤＣ－ＤＣ变换器，将二极管整流脉动直流电通过Ｂｏｏｓｔ升压变换器转化为恒压直流电，可适当调整ＰＷＩＶＩ脉冲，调节开关管占空比，实现风力发电系统改变负载的功能，匹配合适的负载阻抗，从而快
速捕获最大风能。
定的条件下，风力利用系数Ｐ直接影响发电机功率，
ｃｏｓＳｄＯ＝二
。
近年来，我国经济快速发展，常规能源消耗Ｅｌ益剧增，风力作为一种可再生能源，风力发电具有安全可靠、无污染的特点。直驱式永磁同步风力发电系统内部使用永磁体励磁，不会产生励磁绕组铜损耗，和普通的电励磁式发电机相比，直驱式永磁同步风力发电系统通过风力机来直接驱动发电机，不需要再经过齿轮箱，运行效
是发电机同步电抗，并且有：
：ｌ￣ｏＪ＝，
风电机组。运行效率高、结构简单、可以直接驱动。直驱式永磁同步风力发电系统的最大功率控制技术直接关系着整个风力发电系统输出的电能质量和运行性能，因此应加大对直驱式永磁同步风力发电系统的研究，采用有效策略，控制直驱式永磁同步风力发电系统最大功率，提高直驱式永磁同步风力发电系统的经济效益和运行安全。本文简要介绍了直驱式永磁同步风力发电、系统，分析了直驱式
矩；而电磁转矩确定，并不能得到唯一或者确定的定子电流矢量，
定子电流和电磁转矩有无数组选择，这时应按照定子电流匹配原则，结合不同的优化目标，采用不同的控制方式和电流分量匹配原则，
图１直驱式永磁同步风力发电系统电路图
实现定子电流控制和优化。基于直驱式永磁同步风力发电系统最大功率控制目标，永磁同步风力发电机控制系统应重点考虑两方面内