直驱永磁同步风力发电系统的研究

ｃ一 ，从而达到最大风能捕获ｐ 。
Ｂｏ ｓ 压斩 波 电路 。交错 并联 Ｂ ｏｔ ｏｔ 升 ｏ ｓ电路能 够 在开
关 频 率 较 低 的 情 况 下 获 得 较 小 的 输 入 电流 纹 波 与
Ｐ ｉ ｎ Ｐ ＝－ Ｒｃ１ ｐ ，
∞ ＝ ．（ ＿ ． ５ Ｘ ０２ ２ ０ ）ｐ ｅ（
风 速 、 风 力机 转 速 以及 风 力机 叶 片参 数 如 功 角 和
桨 距 角 等 而 变 化 。 当风 速 变 化 时 ，可 通 过 调 节 式 （） ２ 中的 比值 就 可 以得 到 最佳 叶尖 速 比， 即 可得 到
变 器 无 法 完成 有 源 逆 变 过程 ， 而 无 法 将 功 率馈 入 进 电 网 。为 了最 大 限 度 地 利 用风 能 ， 直 驱 永磁 发 电 使 机 系统 工 作 在 一个 较 宽 风 速范 围 内， 引入ＤＣ ＤＣ 得 —
务源自文库
訇 出
直 驱永磁 同步风 力发 电系统 的研 究
Ｒｅｓ ｅａｒ ｃｈ ｏｎ ｐｅｒ ａｎｅｎｔｍ ａｇｎｅｔｄｉｅｃｔｄｒｖ ｗ ｉ ｍ ｒ － ｉ ｅ ｎｄ ｐｏｗ ｅｒｇｅｎｅｒ ｔ ｏｎ ｓ ｔ ａ ｉ ｙｓ ｅｍ
张 蔚 ，王 岳 。 ，杨 奕
波 ， 经 逆 变 器将 能 量送 给 电网 。 当风 速较 低 时 ， 再 直 流 电压 会 很 低 ，过 低 的直 流 电 压 将 引起 电 压 源 逆
１ 风力机特性
风 力 机 把 风 能 转 化 为 机 械 能 是 一 个 复 杂 的 空
气 动 力 学 过 程 ，很 难 精 确 描 述 它 。 为 了 研 究 需
ＺＨＡＮＧ ｅ ， ＡＮＧ ｅ 。 ＡＮＧ Ｗ ｉ Ｗ Ｙｕ Ｙ Ｙ
（． １ 南通大学 杏林学院 ，南通 ２ ６ １ ；２南通 大学 电气工程学院 ，南通 ２ ６ １ ； ２０９ ． ２ ０ ９ ３江苏通 达动力科技股份有限公司 ，南通 ２ ６ １ ） ． ２ ０ ９ 摘 要 ：本文首先介绍 了风力机 的特性 。然后 ， 绍了直驱永磁同步风力发 电系统的组成及控制策略 ， 介 通过对三相 交错 并联Ｂ ｏ ｔ ｏ ｓ变换器 占空比控制实现最大功率跟踪 ，对网侧 电流的跟踪闭环控制 实现单位功 率因数并 网运 行。最后 ， 于Ｍ Ｔ Ａ ／ ｌｕｎ搭 建了系统最大功 率跟踪控制仿 基 Ａ Ｌ Ｂ Ｓｍ ｌｋ Ｉ 真模型进行仿真研究 ，并通过 实验验证了系统控制策略的可行性和正确性 。 关键 词 ：永磁直驱风力机 ；三相交错 ｂ ｏ ｔ ｏ ｓ 电路 ；最大功率跟踪 ；永磁 同步电机
式 中 ， Ｐ—— 通 过 风 轮 扫 掠 面积 风 的 功 率 ，
收稿日期：２ １－ ８ ２ ０ １ ０－ ９ 基金项 目：江苏省科技基础 设施建设计划项 目 （ Ｍ２ ０ ２ ９ Ｂ ０ ９ ５ ）；南通 大学 自然科学类科研 基金项 目（１ ０ ２；南通大学 １Ｚ ８ ） 杏林学院科研基金项 目 （ ０ ０ ） ２ １ Ｋ１２ １ 作者俺介：张蔚 （ ９ ７一），女，讲师 ，硕士研究生 ，研究方 向为 电机 与电器和风 力发电技术 。 １７ 第３ 卷 ４ 第４ 期 ２１－ ４上 ） 【ｌ ０２ ０ （ １
要 ，人们 设 计 了 一种 简单 的模 型 来 描 述 风 力 机 的 特 性 ，它 反 映 了 风 速 与风 力机 从 风 中吸 收 功 率 的
关 系 ，如 公 式 （ ）一 （ ）所 示 。风 力 机 的功 率 １ ４ 系数 Ｃ 反 映 了 风 力机 吸 收 利 用 风能 的效 率 ，它 随
０ 引言
在 直 驱 永 磁 同步 风 力 发 电 系 统 中 ，永 磁 同步 发 电机 系统 不 需 要 励 磁 装 置 ，具 有 重 量 轻 、效 率 高 、 功 率 因数 高 和 可 靠 性 好 等 优 点 。转 子 上 取
本 文 采 用 三 相 交 错 并 联 Ｂｏ ｓ电路 对 直 驱 永 磁 同 ｏｔ 步 风 力 发 电 系统 进 行 最 大 功 率 跟 踪 控 制 ，并 基 于
中图分类号 ：Ｔ ８ Ｋ８ 文献标 识码 ：Ｂ 文章编号 ：１ ０ －０ ３ （ ０ ２ ０ （ 一０ ０ — ４ ９ １ ４ ２ １ ） ４ 上） ０ １ ０ ０
Ｄ ｉ１ ．９ ９ Ｊ ｉ ｎ １ ０－０ ．０ ．（Ｉ ．１ ｏ ： ０ ３ ６／ ． ｓ ．０ ９ １４ ２ １ ４ － ０ ｓ ３ ２ ）
Ｔ ３ ０ ２ １ 搭 建 了实 验 室硬 件 平 台， 风 力发 电 ＭＳ ２ Ｆ ８ ２ 对
系统进 行 相关 实验 验证 。
消 了励 磁 绕 组 ，磁 极 结 构 简 单 ，可 以做 成 多极 电
机 ， 同步 转 速 降 低 使 风 轮 机 和 永 磁 发 电机 可 直 接 耦 合 ，省 去 了风 力 发 电 系统 中 的齿 轮 增 速 箱 ，减 小 了发 电机 的维 护 工 作 并 降 低 了噪 声 ，使 直 驱 永 磁 风 力 发 电机 系统 从 众 多变 速 恒 频 风 力发 电 系统 中脱 颖 而 出 ，具 有 很 好 的发 展 前 景 。 由于 永 磁 同 步 发 电机 输 出 的交 流 电 由不 可 控 整 流 后 ， 电容 滤 经
Ｂ 九＋００ ０ ０ ．８ ＋１
Ａ ＝—— 九：
率 电路 的成 本 。因 此 ，交 错并 联 Ｂ ｏｔ￣ ｏ ｓｔ 常适 合 用
于 大 电 流 、高 功 率 的 应 用 领 域 ，较 大 功 率 开 关 电 源及 直 驱 型风 力 发 电 系统 中 的直 流升 压 部分 ｕ 。 叫
１ １ ０．３５ ０
（ １ ）
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输 出电 压 纹 波 ， 同时 还 能 够 降 低 开 关 损 耗 ，成 倍
增 加 输 出功 率 的 等 级 减 少 单 个 电感 的 容 量 ，在 具
有 良好 校 正 效 果 的 前 提 下 ，可 大 幅 度 减 少整 个 功