直驱永磁风力发电机控制系统的研究

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1、word格式文档直驱式风电并网变流器的控制与研究导师：邹旭东学院：电气与电子工程学院专业班级：电气0703学号：U200712002姓名：刘骐豪时间：2011年3～6月专业整理word格式文档专业整理word格式文档摘要在常规能源日益紧张，.环境污染问题日益严重的今天，开发和利用无污染且资源丰富的风能具有十分重要的意义，为此，世界各国竞相发展风电产业，风电技术得到了一前所未有的快速发展，涌现出多种风电机组类型。其中，永磁直驱式风电系统以其无齿轮箱、维护成本低、噪音低等独有优势正受到越来越多的关注，己经成为变速恒频风电系统未来发展的一个重要方向。直驱风力发电系统中，变流器是发

2、电机所发的电能馈送至电网的唯一通路，它是将发电机发出的变压变频的电能转换成恒压恒频的电能的装置，它能实现对发电机输出的电流、功率因数等的快速调节，减少对电网的谐波污染，是直驱型风力发电系统的一个重点和难点，它对于整个系统的稳定、高效运行很重要，掌握这项技术，对于推动我国风力发电事业的发展，增强风力发电领域的自主创新能力，具有十分重要的意义。本文以永磁直驱风电变流系统的运行与控制为主题，对其控制策略进行了综述，以及研究电压跌落条件下风力发电机组对电网的无功功率支持，并对其在电网电压跌落时的运行特性进行分析和电路设计。最后通过实验进行验证。专业整理word格式文档目录第一章绪论

3、11课题研究的目的及意义12.风力发电机控制系统国内外研究现状及发展趋势23.风电机组的控制技术34.本文研究的主要内容6第二章直驱永磁风力发电机控制策略71系统描述72.最大风能捕捉83.控制原理94.控制策略11第三章直驱永磁风力发电机控制系统的设计151.全功率变流器152.电压跌落时特性研究183控制电路设计18第四章模拟试验与结论211恒压恒频输出模拟试验212结论22参考文献23专业整理word格式文档第一章绪论1．课题研究的目的及意义在环境污染与能源危机的大背景下，风能作为无污染的新能源，已经成为世界研究的热门话题，其中又以变速恒频(variablespeed

4、constantfrequency，VSCF)风力发电技术为当前的研究热点。目前主流的变速恒频风电机组多采用有刷双馈交流励磁发电系统，该系统可实现有功和无功解耦控制、最佳风能捕获控制以及变速恒频发电运行。但由于系统中需采用齿轮箱连接风力机和发电机，且有刷双馈电机存在电刷和滑环，导致系统结构复杂，齿轮箱随着发电机组功率等级的升高，成本变的很高，且易出现故障，需要经常维护，可靠行差；当低负荷运行时，效率低；同时齿轮箱也是风力发电系统产生噪声污染的一个主要因素，所以降低了系统发电效率和运行可靠性。永磁直驱风机(permanentmagnetsynchronousgenerator

5、，PMSG)风力发电系统就是在这种情况下出现的，应用于风力发电的永磁同步发电机采取特殊的设计方案，其较多的极对数使得在转子转速较低时，发电机仍然可以工作，直驱永磁同步风力发电系统当中使风轮机与永磁同步发电机转子直接耦合，省去齿轮箱，提高了效率，减少了发电机的维护工作，并且降低了噪音。另外直驱永磁风力发电系统不需要电励磁装置，具有重量轻、效率高、可靠性好的优点。随着电力电子技术和永磁材料的发展，在直驱永磁风力发电系统中，占成本比例相对较高的开关器件（IGBT等）和永磁体，在其性能不断提高的同时，成本也正在不断下降，使得直驱永磁风力发电系统从众多变速恒频风力发电系统中脱颖而出，

6、具有很好的发展前景。永磁直驱风机更能适应低风速，对于我国具有更加重要的意义，我国低风速的三类风区占到全部风能资源的50%左右，更适合使用永磁直驱式风电机组。目前，通用变频器技术成熟，价格便宜，为中小型直驱发电机的普及提供方便；性能优良的大功率电力电子器件的不断涌现，促进了大型直驱发电机的研究和应用专业整理word格式文档，同时，伴随着直驱式风电系统的出现，全功率变流技术得到了发展和应用；应用全功率变流的并网技术，使风轮和发电机的调速范围扩展到0～150%的额定转速，提高了风能的利用范围。直驱式永磁风力发电机代替传统风力发电机是风力发电发展的趋势，因此它具有广阔的发展和应用前

7、景，国外形容其为风力发电的一场革命。直驱风力发电系统中，变流器是发电机所发的电能馈送至电网的唯一通路，它是将发电机发出的变压变频的电能转换成恒压恒频的电能的装置，它能实现对发电机输出的电流、功率因数等的快速调节，减少对电网的谐波污染，是直驱型风力发电系统的一个重点和难点，它对于整个系统的稳定、高效运行很重要，掌握这项技术，对于推动我国风力发电事业的发展，增强风力发电领域的自主创新能力，具有十分重要的意义。2.直驱永磁风力发电机控制系统的发展历史，国内外研究现状及发展趋势直驱永磁式电机起源于1995年，当时美国纽约州