直驱式风电机组建模及最大功率跟踪控制
直驱式风力发电系统
第一章双PWM型变流电路简介本文讨论克驱式风电系统的一种电力变换装拓扑结构，选取背靠背双PWM型变流电路为研究对彖.直驱式风电系统结构原理如图1-1所示。
风轮电机图1-1永磁同步电机直驱式风力发电系统并网结构图双脉宽调制(pulse-width modulation, PWM)变流器是由2个电压源型变流器(voltage source converter, VSC)背靠背连接构成，2 VSC直流侧通过直流母线并联，两极直流母线Z间并联滤波电容器以提高直流电压的电能品质。
由于该电路结构是完全镜面对称的，文献中称这种结构为背靠背连接。
背靠背双PWM变流器以其控制功能灵活、交流侧功率因数可调和直流电压可控等诸多优点，在轻型直流输电、统潮流控制器和柔性功率调节器等柔性交流输电技术领域中获得了广泛的应用。
该电路拓扑结构如图1-2所示，整流和逆变部分都采用PWM三相桥实现，这种结构的优点：输入电流为正弦波，减少了发电机的铜耗和铁耗；发电机功率因数可调节为1,且能够与大阻抗的同步发电机相联接。
凤轮图1-2三相电压型PWM逆变器的拓扑结构第二章双PWM变流器动态数学模型三相桥式拓扑结构构中交流侧采用三相对称的无中线连接方式, 图中L代表交流侧滤波电感参数，R为电感中的寄生电阻，图中直流电压源1｝血代表并网变流器直流母线电压，同时也是与发电机转了绕组相连的变流器直流母线电压。
为建立三相电压源型并网变流器的数学模型，根据其其拓扑结构，首先作以下假设：1.电网电动势为平稳的纯正弦波电动势（e a,e b,e c）o2・主电路开关元器件为理想开关，无损耗。
3・三相参数是对称的。
4・网侧滤波电感L是线性的，且不考虑饱和。
以A相为例，当VI导通V2关断时，直流电源Ude正极直接加到节点a处，由图可知，U M1 =U dc/2；当V2导通VI关断时，直流电源Ude负极接于节点a处，同理可知，=-U dc/2,同理易知节点b和c也是根据上下MOS管V5、V6 ）导通情况决定其电位的，由此可见，三相中任一相输出的相电压都有正负两个电平，因此这种结构的逆变器称为三相两电平逆变器。
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。
直驱式风力发电机的建模与仿真分析
１ 概述
随着 近年来 风 电在并 网新 能源 中所 占 比例 越来 越 大 ， 研 究风 电并 网后 对 电网的影 响也得 尤 为重要 。 恒速 恒频和 变速恒 频 是 当下 并 网风力 发 电机组 的主流模 式” ｌ 。 直驱 式 风力 发 电系统 与双 馈式 风力 发 电机相 比 ， 那 些容 易发生 故
方程 ：
少， 变流 器 及其 控 制 系统 成 为主 流 研 究 方 向 ， 通 过 对 整 个 系统 进行 控 制 ， 进 而跟 踪 风力 发 电机 的最 大 功率 ， 实 现 并 网。文 献【 ２ 】 和【 ３ 】 建 立 了详细 的变流器 模 型 ， 并研 究 了直驱 永磁 风 力发 电机 的工作 原 理 ， 通过控 制 发 电机 转速使 机 组
ｆ Ｕ ｄ Ｒ ｉ ｄ ＋ ｐ Ｌ ｄ ｉ ｄ — ｃ ＾ ） ｅ Ｌ ｑ ｌ ａ
【 ｕ ｑ ＝ Ｒ ｉ ｑ ＋ ｐ Ｌ ｑ ｉ ｑ — ｃ ＾ ） ｅ Ｌ 山４ － ｃ ＾ ） 。 ｆ
ｆ １ １
一
式中， ｕ ｄ 为 电压 的 ｄ轴 分量 ， ｕ 。 为 电压 的 ｑ轴 分量 ， ｉ ｄ 为 电流 的 ｄ轴 分量 ，ｉ 。 为 电流 的 ｑ轴 分量 ， Ｌ 口 为 等效 ｄ轴
在 风速 低于 额定 值 时 实现最 大功 率跟 踪 ： 如 果 风速超 过 额 电感 ， Ｌ ｏ 为等效 ｑ轴 电感 ， Ｒ为定子 电阻。 定值 ， 借 助 桨距 角 进 行控 制 ， 在 一 定程 度 上确 保 系统 保 持 磁 链 方 程 为 ： ｉ Ｌ ｄ Ｉ ＋ 在 额 定输 出功 率状 态 ， 在 风 速范 围较 大 时 ， 通过 控 制 风 电 ｌ ｑ ＝ Ｌｑ ｌ ｑ
风力发电系统运行控制技术研究
风力发电系统运行控制技术研究【摘要】风力发电作为一种清洁的新能源具有重要的意义，风力发电系统的运行控制策略直接关系到风力发电，电力供应的安全性和质量的效率。
本文对风力发电系统的运行控制的两个主要方面，即最大风力跟踪控制和恒功率控制进行了研究和总结。
【关键词】风力发电系统；最大风能跟踪（mppt）；恒功率控制0 引言在提倡可持续发展的今天，风能的开发利用具有积极的战略意义。
特别是在能源供求日趋紧张的情况下，风能作为一种替代能源的意义就更加突出。
风力发电系统根据运行方式和控制技术的不同可以分为恒速恒频系统和变速恒频系统，其中变速恒频风力发电系统能够更高效地利用风能。
并网型变速恒频风力发电系统一般由风轮、齿轮箱（在直驱方式中已略去齿轮箱）、发电机和变流设备组成，如图1风力发电系统框国所示。
风轮的作用是捕捉风能，并将之转化为机械能；发电机则将机械能转化为电能；变流设备将发电机发出的频率幅值随风速波动的交流电转化为与电网电压同频同幅的交流电，然后馈送至电网。
图1 风力发电系统框图风力发电系统主要包括2种运行状态：1）最大风能追踪状态。
当风速低于额定风速时，风轮的转速会随着风速的波动而不断变化，以维持最佳叶尖速比及最大风能利用系数，从而有效提高风机的输出功率。
2）额定功率运行状态，当风速高于额定风速时，通过调节叶片桨距角和抑制风轮转速，降低风轮的风能捕获效率，保证风机运行在额定工作点附近。
可见，风力发电机组的运行控制在不同的运行状态有不同的控制策略：1）最大功率点跟踪控制（mppt控制）：当实际风速低于额定风速时，对风力发电机组进行控制，保证机组运行在最大风能追踪状态下，最大限度地捕获风能。
2）恒功率控制：当实际风速高于额定风速时，受机械强度、发电机容量和变频器容量等限制，必须降低风轮捕获的能量，使功率保持在额定值附近。
实际的风电机组常通过电气功率调节和叶片技术2种手段实现上述控制目标。
前者是通过调节发电机和变流设备的电气功率来改变风轮的转速，进而间接改变风轮转化风能的效率；后者主要利用叶片的空气动力学特性，如变桨距技术和失速状态，来直接改变风轮的捕风效率。
风力发电系统最大功率追踪控制研究
风力发电系统最大功率追踪控制控制研究本设计风力发电机的最大功率追踪控制（MPPT）系统，通过分析几种MPPT控制策略的特点，选取合适的算法，获得最大功率输出。
本文首先介绍了课题的研究背景及其意义。
其次为了方便实验室研究，开展了模拟风速，以及用直流电动机模拟风力机特性的研究工作。
本文介绍了几种最大功率的控制方法：功率信号反馈法、叶尖转速比控制法、三点比较法、爬山搜索法，重点介绍了爬山搜索法，然后又对比分析了三种爬山搜索。
通过仿真研究，得出改进的变步长爬山搜索法具有跟踪稳定、效率更高的结论。
目录风力发电系统最大功率追踪控制控制研究 (1)1引言 (2)1.1 课题的背景 (2)1.2 风力发电发展情况 (2)1.2.1国外风力发电发展情况 (2)1.2.2 国内风力发电发展情况 (3)1.3 风力发电技术发展状况 (3)1.3.1恒速恒频发电系统 (4)1.3.2变速恒频发电系统 (4)1.4 本文的研究内容及研究意义 (4)1.4.1 本文的研究内容 (4)1.4.2 本文的研究意义 (4)2 风力发电系统的分析与模拟 (5)2.1 风力发电的基本原理 (5)2.1.1 风力发电的基本原理 (5)2.1.2贝茨(Betz)理论[6] (6)2.2 对风速的模拟与仿真 (7)2.3 对风力机的模拟与仿真 (9)2.3.1 风力发电机的空气动力学特性 (9)2.3.2 对风力发电机的模拟与仿真 (10)2.4 直驱永磁同步发电机的模拟与仿真 (13)2.4.1 直驱永磁同步发电机的模拟 (13)2.4.2直驱永磁同步发电机的仿真 (15)2.5 风力发电系统主电路拓扑 (16)2.6 本章总结 (17)3 风力发电系统最大功率追踪方法及仿真研究 (17)3.1 最大风能追踪的控制方法[14] (17)3.1.1 功率信号反馈法 (17)3.1.2 叶尖速比控制法 (17)3.1.3 三点比较法 (18)3.1.4 爬山搜索法 (19)3.2 三种爬山搜索法的分析 (19)3.2.1 传统爬山搜索法 (19)3.2.2 变步长爬山搜索法 (20)3.2.3 改进的爬山搜索法[15] (20)3.3 本章总结 (21)4 风力发电系统最大功率追踪仿真研究 (21)4.1 风力发电系统的仿真 (21)4.2 三种爬山搜索法的MPPT仿真 (22)4.2.1 传统爬山搜索法的MPPT仿真 (22)4.2.2 变步长爬山搜索法的MPPT仿真 (24)4.2.3 改进的变步长爬山搜索法的MPPT仿真 (25)4.3 本章总结 (27)结论 (27)1引言1.1 课题的背景随着世界经济的发展，能源的消耗逐渐增加，同时由于煤炭、石油的大量使用，工业有害物质的排放量与日俱增，并且煤炭、石油等常规能源逐渐枯竭。
变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制
变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制摘要：风力发电系统的形成是我国近年来注重电力体制改革背景下，强调可持续发展战略下所兴起的清洁能源发电模式。
风能是一种随机性强、爆发性高、不稳定的能源，因此在并网过程中风力发电输出功率易存在波动的现象，造成电网功率与负荷不匹配，引发停电事故。
此外，由于新型电力系统中具有大量的电力电子器件，因此对于电网的频率振荡较为敏感，这就对风力发电机的输出频率提出了更高的要求。
本文主要对变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制进行论述，详情如下。
关键词：变速恒频；风力发电；风能追踪引言随着传统化石能源如石油、天然气等的逐步枯竭，风能、太阳能、核能等清洁能源已逐步发展为当今世界不可或缺的新能源，风能更是成为位居前列的开发能源。
目前，我国已在甘肃、新疆、内蒙古以及舟山群岛等区域成功建设大型风电场，助力我国西电东送国家战略和长三角地区经济增长。
但大量的风力发电也给大电网的安全运行带来了挑战。
风力发电具有间歇性、不确定性等特征，当风电并网后若无有效的控制措施干预，将干扰火电、水电等构成的传统大电网的稳定性。
1风力发电系统原理风力发电系统由风力机、发电机、传动链、控制装置等构成，其作用是将清洁的风能转换为电能，再通过风电并网将电能传输至千家万户。
风力发电的控制装置用于应对风能的极度不确定性，是将不可控能量向可控能量传递的关键设备。
风力机是我们对风力发电系统认知的宏观产物，通常由三片桨叶组成的风轮、塔架等构成。
根据安装地点的不同，分为水平面安装的风力机和垂直面安装的风力机两种；按照控制策略不同，还可以将风力机分为定距失速、变距失速和主动失速三种类型。
发电机是连接风力机产生的机械能和电能的桥梁，风电并网有极其严苛的条件，不仅要保证并网点电压幅值相同，还需要做到并网频率相同。
风力发电机有恒速运行和变速运行两种结构，而变速运行需要与变流器组合使用才能实现。
变流器物理结构由二极管、IGBT等功率电子器件组成，通过采用先进的高性能控制算法，可以实现任何频率和幅值的风力发电与大电网相连。
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。
风力发电技术中功率控制方法
风力发电技术中功率控制方法摘要：风能发电在我国的应用规模已经比较较大，在2020年新建设的发电设施中风力发电占比34.6%，因此进一步研究风力发电技术，并充分提升风力发电的效率对于我国当前能源危机的问题解决有直接的帮助，并对我国新能源的进一步发展具有现实意义。
关键词：风力发电技术；功率控制；策略；发展态势1风力发电机械设施发展趋势1.1风电机组向大容量发展为了进一步提升风力发电的规模和减少设备资源的浪费，随着风电技术的不断突破，专家们不断的加大了风电机组的容量，从主流的1MW，开始向5MW的单机容量发展，而美国的风力发电机组已经可以达到7MW以上。
当前风电机组大容量级别的机身重量可达1100吨，三片组成风味长度超60米，旋翼最高点可达180米，而我国最大的单容量机组是在2021年10月安装完毕的甘肃景泰红山二期，就达到了5MW水平。
从研究表明，未来的风力发电机组将会向20MW甚至以上容量规模发展。
1.2海上风电发展加速随着陆上风力发电机组的规模越来越大，通过发展海上风电技术可以有效的减少对陆地资源的浪费，同时更好的利用丰富的海上风力，从而实现批量化和规模化生产，有效的降低风力发电的成本。
由中研网提供的数据，海上风电的每千瓦造价在17000元左右，当前我国在建的海上风电项目达到了6.4GW，并在不断的加大投入。
主要是在上海、浙江、山东、江苏等地进行大规模应用，预计在2025年海上风电的收益可以达到3108亿元。
1.3定桨矩向变桨和变速恒频发展由于定桨矩向的风力发电机在风能转化效率上的缺点，因此当前在风力技术上已经开始全面向变桨和变速恒频的技术方向发展。
通过风力机转速来实现的变速变桨运行模式可以有效的捕获最大风速，从而提升风能的转化效率，降低生产成本。
同时，通过变桨距不仅可以提升功率的输出稳定性，还可以减少风力对机组结构的荷载，提升风力发电机组的使用寿命。
但是复杂的机构结构来提升了风力发电机组的控制难度和故障率。
基于直驱式永磁同步风力发电机输出有功功率的控制
基于直驱式永磁同步风力发电机输出有功功率的控制一、控制策略1.基本原理实现最大风能跟踪的要求是在风速变化时及时调整风力机转速，使其始终保持最佳叶尖速比运行，从而可保证系统运行于最佳功率曲线上。
对风力机转速的控制可通过风力机变桨距调节，也可通过控制发电机输出功率进行调节。
由于风力机变桨距调节系统结构复杂，调速精度受限，因此可通过控制发电机输出有功功率调节发电机的电磁转矩，进而调节发电机转速。
由永磁同步发电机的功率关系可知式中Pem 、Pm、P——发电机电磁功率、风力机输出机械功率、机械损耗；P s 、PCus、PFes——发电机定子输出有功功率、定子铜耗、定子铁耗。
为实现最大风能跟踪控制，应根据风力机转速实时计算风力发电机输出的最佳功率指令信号Popt ，令式（7-8）中Pm=Popt，由式（7-3）和式（7-8）可得到发电机的最佳电磁功率和定子有功功率指令为按照有功功率指令控制发电机输出的有功功率可使风力机按式（7-3）的规律实时捕获最大风能，从而实现发电机的最大风能跟踪控制。
2.电机侧变换器控制策略采用永磁同步发电机和双PWM变换器构成发电系统，该系统由永磁同步发电机、电机侧变换器、直流侧电容和电网侧变换器构成。
电机侧变换器的主要作用是控制发电机输出的有功功率以实现最大风能跟踪控制。
由于直驱式永磁同步发电机多以低速运行，因此可采用多对极表贴式永磁同步发电机。
目前针对该类电机常采用转子磁场定向的矢量控制技术，假设dq坐标系以同步速度旋转，且q 轴超前于d轴，将d轴定位于转子永磁体的磁链方向上，可得到电机的定子电压方程为式中Rs 、Ls——发电机的定子电阻和电感；u sd 、usq、isd、isq——d、q轴定子电压和电流；ωs——同步电角速度；ψ——转子永磁体磁链。
其电磁转矩可表示为式中p——电机极对数。
通常控制定子电流d轴分量为零，由式（7-11）可知，发电机电磁转矩仅与定子电流q轴分量有关。
永磁直驱风电机组的双PWM变换器协调控制策略
永磁直驱风电机组的双PWM变换器协调控制策略1. 本文概述随着全球能源结构的转型和对可再生能源需求的不断增加，风能作为清洁、可再生的能源之一，在电力生产中扮演着越来越重要的角色。
永磁直驱风电机组（PMSG）因其结构简单、效率高、维护成本低等优点，已成为风力发电领域的研究热点。
在PMSG系统中，双PWM （脉宽调制）变换器的协调控制策略对于提高系统性能和效率具有至关重要的作用。
本文旨在研究和探讨永磁直驱风电机组中双PWM变换器的协调控制策略。
将详细分析PMSG的工作原理和双PWM变换器在其中的作用，以及现有控制策略的优缺点。
接着，本文将提出一种新型的双PWM变换器协调控制策略，该策略通过优化变换器的工作参数，实现更高效的能量转换和更平稳的输出电压。
本文还将通过仿真实验验证所提控制策略的有效性。
仿真结果将显示，相较于传统控制策略，所提策略在提高系统效率、减少功率损耗、增强系统稳定性等方面具有明显优势。
本文将对研究成果进行总结，并对未来研究方向提出展望，以期为进一步提高永磁直驱风电机组的性能和推动风力发电技术的发展提供参考和借鉴。
2. 永磁直驱风电机组系统概述永磁直驱风电机组（Permanent Magnet Synchronous Generator，简称PMSG）作为一种高效、可靠且维护成本较低的风电发电技术，在现代风力发电领域得到了广泛应用。
该系统的主要特点是发电机转子采用永磁体励磁，省去了传统的滑环和电刷结构，实现了直接驱动风轮旋转并同步发电，从而提高了系统的整体效率和可靠性。
永磁直驱风电机组通常包括以下几个关键部分：永磁同步发电机、变桨机构、齿轮箱（在直驱系统中通常省略）、以及用于实现最大功率跟踪和电网兼容性的双PWM变换器系统。
双PWM变换器分别负责直流侧电压调节与交流侧并网控制，通过适当的变换策略，不仅能够确保风电机组在宽风速范围内高效运行，还能够在各种电网条件下实现稳定并网、无功功率补偿及低电压穿越等功能。
直驱型风电机组动态建模及仿真分析
直驱型风电机组动态建模及仿真分析随着可再生能源的发展，风电作为一种比较成熟的清洁能源形式，越来越广泛地应用于各种场合。
为了更好地控制和优化风力发电系统的性能，需要对风电机组进行动态建模及仿真分析工作。
直驱型风电机组是一种新型的风力发电机组，其动态行为与传统驱动型风电机组有所不同。
本文将以直驱型风电机组为对象，介绍其建模及仿真分析方法，并通过仿真实验验证其有效性。
首先，建立直驱型风电机组的动态数学模型是动态建模及仿真分析的基础。
直驱型风电机组的运动方程可以描述为：$J\ddot{\theta} + b\dot{\theta} = Tem - Tl$其中，$J$为转动惯量，$\theta$为转子转角，$b$为摩擦系数，$Tem$为电磁转矩，$Tl$为负载转矩。
直驱型风电机组和传统风电机组不同之处在于其电磁转矩是直接产生在转子上的，因此需要建立电磁转矩的模型，通常采用如下形式：$Tem =\frac{3}{2}P(\frac{L_{ms}}{L_{s}+L_{r}})^2i^2\sin\delta$其中，$P$为极对数，$i$为转子电流，$L_{ms}$为互感，$L_{s}$和$L_{r}$分别为定子和转子的漏感，$\delta$为电角度。
该模型应考虑到磁场饱和、非线性等因素的影响。
在建立动态数学模型的基础上，需要进行仿真分析以验证模型的有效性和性能。
仿真分析的目的是得到风电机组的动态响应和控制策略，并进行有效性和性能评估。
仿真分析的主要步骤包括仿真建模、仿真实验、仿真结果处理等。
在仿真建模过程中，应根据实际情况选取合适的仿真工具和方法。
通常采用MATLAB等软件进行动态仿真建模，以及PSCAD等软件进行电磁仿真模拟。
在模型输入、仿真条件等方面，应考虑到实际工作环境和实验条件的影响，以保证仿真结果的准确性和可靠性。
在仿真实验过程中，主要是对所建立的仿真模型进行动态响应测试和控制策略验证。
通过针对不同的工况和工作状态进行仿真实验，可以得到不同工况下的动态响应和控制策略，从而评估风电机组的有效性和性能。
永磁直驱式风力发电系统的直接转矩控制
图1 永磁直驱风电系统结构图
1、永磁直驱式风力发电系统
1.2基本原理 当风力机的桨叶受到风以一定的速度和攻角作用后会产 生旋转力矩使风力机转动起来，即是风能转化为机械能了。 然后与风力机同轴连接的永磁同步发电机也会随之转动起来， 旋转的永磁同步发电机会发出交流电，其交流电的幅值和频 率是随风速的变化而变化的，即是机械能转化为电能。然后 将发出的电能在形式上经过 AC／DC／AC 变换，得到与电网 幅值、相位、频率一致的交流电后经变压器馈送至电网上， 系统中的两组变流器 AC／DC 和 DC／AC背靠背连接，故称 为背靠背驱动变流器。根据变流器的不同作用和位臵，可分 为电机侧变流器和电网侧变流器。
永磁直驱式风力发电系统的直 接转矩控制
目录
1、永磁直驱式风力发电系统 2、永磁直驱式风力发电变流系统 3、永磁同步电机直接转矩控制 4、最大功率跟踪控制
1、永磁直驱式风力发电系统
1.1系统结构
永磁直驱型风力发电系统的基本结构图如图 1 所示，主要包 括风力机、永磁同步发电机、电力电子变流装臵、控制及保护系 统、并网变压器等。
2、永磁直驱式风力发电变流系统
2.1变流系统结构
永磁直驱式变速恒频风力发电变流系统如图2所示。它包 括永磁同步电机（PMSG）和背靠背全功率双 PWM 变流器。
图2 基于双 PWM 的永磁直驱变速恒频风力发电变流系统
2、永磁直驱式风力发电变流系统
2.1.1电机侧变流器 （1）电机侧 AC／DC 变流器采用 PWM 电压源型拓扑结构， 作用是调节永磁同步发电机输出的电磁转矩，从而实现对电 机转速的调节，进而保证风力机的工作状况符合实现最大功 率跟踪（MPPT）的要求。
3、永磁同步电机直接转矩控制
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。
永磁直驱风力发电实验报告
实验一永磁同步风力发电系统接线实验一、实验目的1.掌握永磁同步风力发电系统的基本结构及组成；2.掌握永磁同步风力发电实验系统各部分间的接线。
二、实验原理1.永磁同步风力发电系统的结构及组成永磁步风力发电系统主要由模拟风力发电机、双向变流器、电网以及电量监视仪表等部分组成。
系统组成及控制原理框图如图1-1所示。
机侧变流器网侧变流器图1-1永磁同步风力发电系统原理框图2.模拟风力发电机模拟风力发电机即永磁直驱风力发电机组，包括风力机及永磁同步发电机、和增量编码器等组成，其中风力机由三相异步变频调速电动机组成，其由单独地变频控制转动，来模拟风力机转动，如图1-2所示。
另外，图1-3中的永磁直驱风力发电模拟系统控制柜里面包含三相变频器，是控制三相异步变频调速电机转动，模拟风机带动永磁同步电机转动发电，风力机的定子接线端接到该控制柜。
图1-4中的直驱永磁风力发电机组变频柜里面包含机侧变流器和网侧变流器，是对永磁同步发电机发出的电进行PWM整流和逆变，增量编码器的A、A_、B、B_、Z、Z_信号输出端，以及永磁同步电机的定子输出端都要接到该控制柜。
直驱永磁风力发电机组变频柜的输出端接到电网上，如图1-2所示。
增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增图1-2 永磁直驱发电机组结构图图1-3 永磁直驱风力发电模拟系统控制柜机侧控制板网侧控制板增量式编码器输入接口图1-4 永磁直驱风力发电机组变频柜图1-5 电网接入端口三、 实验内容及步骤1. 实验准备实验前请仔细阅读系统的安全操作说明及系统相关的使用说明书，识别并准备完成实验开始前所需的器件。
2. 实验步骤1） 将机组中三相异步变频调速电动机的定子输入三相线接到永磁直驱风力发电模拟系统控制柜的U ，V ，W 端子上，注意变频器输出相序和风力机的定子输出相序一致。
2） 将机组中增量式编码器输出端口的A 、A _、B 、B _、Z 、Z _信号输出端口接到永磁直驱风力发电机组变频柜的机侧控制板上对应的增量式编码器输入接口。
《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。
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１２ 永磁 同 步 发 电 机 模 型 ．
同 步 旋 转 坐 标 系 下 建 立 的 永 磁 同 步 发 电 机 组 数
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（ ３）
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有 效 性 达 板 城 风 场 并 网 型 １２ ＭＷ 直 驱 式 永 磁 发 ． 电 机 组 的 变 频 电 路 如 图 １所 示
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直 驱 式 变 频 恒 速 』 力 发 电 机 组 是 目前 性 能 最 优 、 ｘ 【
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町靠 性 和 性 价 比最 高 的 风 力 发 电 方 式 ．成 为 当 前 风 力 发 电 技 术 研 究 的 热 点 本 文 针 对 新 疆 达 板 城 Ｊ【 ｘ场 的 １２ ＭＷ 直 驱 式 永 磁 风 力 发 电 机 组 建 模 及 最 大 功 ．
水 力 发 电
第３ 卷第 １ ６ 期
２１ ０ ０年１月
直 驱 式风 电机 组 建 模 及 最 大 功 率 跟 踪 控 制
蔺 红 ． 晁 勤
（ 疆 大学 电气工 程学院 ．新疆 新
乌鲁木 齐 ８ ００ ） ３ ０ ０
摘 要 ：针 对新 疆 达 板 城 风 电场 直 驱 式 风 力 发 电机 组 ．采 用 高 效 大 功 率 变 流 电路 的 拓 扑 结 构 ．建立 了 直驱 式 风 电 机 组 数学 模 型和 最 大 功 率 跟 踪 控 制模 型 ．也 用 基 于 Ｂ Ｐ算 法 的 神 经 网络 控 制 策 略 对 风 力 机 桨 距 角 进 行 控 制 ．达 到 了既
能满 足 电 网 电 能质 量 要求 又 能实 现 最 大 功率 跟 踪 的 目的
关键 词 ： Ａ驱式 风 电 机组 ；神 经 网 络控 制 ：建 模 ；仿 真分 析 ：最 大 功 率跟 踪
Ｍ ｏ ｌｎｇ ａｎｄ Ｍ ａ ｉ ｕｍ ｗ ｅ ｉ ａ ｋ ｎｇ Ｃｏ ｒ ｌｏ ｒ ｃ －ｄ ｌ ｅ ｉ ｎｅ ａ ｏｒ ｄｅｉ ｘｍ Ｐｏ ｒ ＰｏｎｔＴｒ ｃ ｉ ｎｔ ｏ ｆＤｉ ｅ ｔ ｒ ｖ ｎ Ｗ ｎｄ Ｇｅ ｒ ｔ
中 图分 类 号 ：ＴＭ３１ ５
文 献标 识码 ：Ａ
文 章 编 号 ：０ ５ — ３ ２ ２ １ ０ 一 ０ ６ ０ ５ ９ ９ ４ （ ０ ０） ｉ ０ ８ — ３
０ 引
言
半径 ；
为桨 叶 的桨 距 角 ； ＝ ∞
为 叶尖 速 比 ， （ ） 风 为
为风速 ，
＝
一
≯
＝
） ＋ １
， ） ， ，
（ ４ ）
（） ５
运 动 方 程
ｄｃｏｇ ．
一
ｒ １ ，
（ 一
１ 数 学 模 型 ．
风 力机 数 学 模 型
＝
电 磁 转 矩 表 达 式
＝
１５ （Ｊ Ｊ） ＋ （ １５ ￣ ． ， ｉ ） ．Ｐｔ 广， １ ＝ ， ０