（农业电气化与自动化专业论文）直驱永磁同步风力发电机变桨控制仿真研究

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1、摘要捅要中国是风力资源相对丰富的国家之一，积极开发利用风能对能源安全有着重要的战略意义，同时在环境保护以及经济增长方面有着重要意义。随着风力发电技术的不断进步，风力发电机组的单机容量也从最初的数十千瓦发展到兆瓦级，同时，计算机和白动控制技术的飞速发展也使从简单的定桨距控制发展到变桨距控制。目前，最常见的人型风力发电机组有双馈型和直驱型，由于直驱型风力发电机组去掉了传动齿轮箱，在火型风力发电机组及海上风电的应用上具有较大的发展潜力。本文以2MW、Z72型直驱永磁同步风力发电机为具体对象，对直驱永磁同步风力发电

2、机组进行建模及仿真研究，并对变桨控制器的控制特性进行研究分析。主要研究内容包括以下几部分。(1)直驱永磁同步风力发电机组建模。在Matlab／Simulink平台上建立永磁同步风力发电机组各个子系统的数学模型，包括转子空气动力转换模型、传动系统模型、电气转换系统模型、塔架动态特性以及变桨驱动系统模型。(2)变桨距控制模型建立。根据风力发电机组的运行特性采用转速反馈控制，建立了变桨距控制系统的传递函数模型，即从桨距角到风力发电机转速的传递函数。该传递函数模型反应了桨距角的变化对风力发电机转速变化的影响。(3)

3、直驱永磁同步风力发电机组变桨控制仿真。针对变桨距控制系统设计了PID控制器、Fuzzy．PID控制器及LKal．Fuzzy．PID控制器，通过Matlab编程仿真分析了各个控制器的控制性能，并对其结果进行了比较分析。其中，PID控制具有9．78％的超调量，Fuzzy．PID控制具有8％的超凋量，LKal．Fuzzy—PID具有2．43％的超调量。结果表明，与另外两个控制器相比，LKal．Fuzzy．PID能很好地消除系统的噪声信号，控制性能好，控制无静差，稳定性好等特点，改善了系统的控制效果，表明了该控制方

4、法具有较高的理论价值和实际意义。关键词：直驱永磁；变桨距控制；PID控制；卡尔曼滤波；模糊控制ABSTRA(了1’ABSTRACTChinaisoneofthecountriesthathaveabundantwindresources．Theenergeticdevelopmentandutilizationofwindenergyhasanimportantstrategicsignificanceonenergysecurity,alsohassignificanceonenvironmentalco

5、nservationandeconomicgrowth。Withtheadvancingwindpowergenerationtechnology，theunitcapacityofwindturbinehadincreasedfromprimarytensofkilowattstoMW：Meanwhile，thehypergrowthofcomputersandautomaticcontroltechnologyhasmadethecontrolmodeofsimplefixpitchcontroltop

6、itchcontr01．Now，doubly—fedanddirectdriveisthemostcommonbig-sizewindenergypowergeneratingunits．Directdrivewindturbineshavegreaterpotentialandusedonthesea，fortheyhavebeentakenofgearbox．Astheresearchobjectto2MW、Z72direct-drivepermanentmagnetsynchronouswindgen

7、erator，thispaperexpandsitsresearchonmodelingandsimulationanditsanalyticresearchoncontrolcharacteristicsofthepitchcontroller．Themaincontentsareasfollows．(1)Modelingofthedirect-drivepermanentmagnetsynchronouswindgenerator．Themathematicalmodelsofsubsystemsoft

8、hedirect-drivepermanentmagnetsynchronouswindgeneratorweremodeledintheplatformofMatlab／Simulink．Includemodelofrotoraerodynamicsystem、modelofdrivesystem、modeloftowerdynamics、modelofelectricconversionandmodelofp