【正文】 沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文摘　　要 由于以石油、煤等的能源緊缺，同時(shí)這些傳統(tǒng)能源對(duì)環(huán)境造成了越來越嚴(yán)重的污染，已經(jīng)關(guān)系到人類的生存和發(fā)展問題，因而以風(fēng)力發(fā)電為代表的新能源越來越受到人們的重視并且近年來有了較快的發(fā)展。永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)的以異步電機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)相比，不需經(jīng)常維護(hù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，發(fā)電效率較高，總體成本相對(duì)較低，這些優(yōu)點(diǎn)使得可獨(dú)立運(yùn)行的中小型永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)有著很好應(yīng)用前景。 本文主要工作如下： 本文主要研究中小型永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)，在理論上，根據(jù)中小型永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，完成了基于Matlab/Simulink的仿真，該仿真包括變槳距控制系統(tǒng)的仿真和交直交變流系統(tǒng)的負(fù)載突變的仿真兩部分。 由于永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的電能為電壓和頻率的交流電，為得到恒壓恒頻的電能，本文進(jìn)行了逆變控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。控制器采用PIC單片機(jī)并結(jié)合PWM芯片SA4828，用IPM作為逆變輸出，并采用LC濾波器將IPM輸出波形濾成正弦波，電壓反饋采用真有效值轉(zhuǎn)換芯片AD736完成電壓樣任務(wù)。調(diào)節(jié)方式采用了增量式PID控制，同時(shí)為避免干擾采用了防脈沖干擾平均值濾波。 變槳距及偏航控制系統(tǒng)為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，本文進(jìn)行了變槳距及偏航控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。該控制器采用PIC單片機(jī)為核心，通過檢測(cè)風(fēng)速、轉(zhuǎn)速、蓄電池電壓、電流等量完成變槳距及偏航控制，同時(shí)為增強(qiáng)控制器的抗干擾性能，對(duì)輸入及輸出進(jìn)行了光電隔離。文中詳細(xì)介紹了系統(tǒng)仿真和關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電，永磁直驅(qū)，變槳距，逆變各系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，并給出了仿真和試驗(yàn)的結(jié)果。 7 The Control System Simulation and Design of Low Speed PM Generator Direct Driven by Wind TurbineAbstractThe energy such as petroleum and coal is in short supply, and simultaneously, the traditional energy caused more and more serious pollution to the environment, this has already concerned human survival and development problem. Wind power generation as a new energy is increasingly attraction interest and quickly development in recent years. The system of low speed PM generator direct driven by wind turbine which pares with the conventional wind power plants the generator is coupled with the turbine via a gearbox, does not have to maintain frequently, structure simple, electricity generation efficiency high, the overall cost relative is low. In the countryside and the remote districts the wind power generation is good application prospect.The main work of the thesis is as follow.This paper mainly studies the system of low speed PM generator direct driven by wind turbine. In theoretically, according to the wind power generation system mathematical model, the dynamic performance of the power generation system for different operation modes is simulated based on Matlab/Simulink.The output of the system of PM generator direct driven by wind turbine is variable voltage and variable frequency power. To get constant voltage and constant frequency energy that users need, the software and hardware of the inverter control system is designed. The inverter controller is adopted PIC singlechipputer and PWM chip SA4828, and IPM as inverter, LC wave filter. The voltage feedback is got through the chip AD736 which acplishes the task of sampling the voltage.To realize the reliable operation the wind power generation system, the software and hardware of the pitch and yaw control system designed. The controller uses PIC singlechip puter as central controller, which operates the system through measuring the wind speed, rotational speed, battery voltage and the charging current, etc. At the same time in order to strengthen the antiinterference performance of the controller, the input and output are isolated by the photoelectricity.The paper introduces the system simulation and software and hardware design in detail, and produces the simulation and the test result.Key Words：wind power generation, permanent magnet direct drive, pitch control, inverter學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日獨(dú) 創(chuàng) 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（論文）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名: 二〇一〇年九月二十日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用授權(quán)聲明本人完全了解濱州學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定。本人愿意按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版，同意學(xué)校保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存設(shè)計(jì)（論文）；同意學(xué)校在不以營利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務(wù)系統(tǒng)，公布設(shè)計(jì)（論文）的部分或全部內(nèi)容，允許他人依法合理使用。（保密論文在解密后遵守此規(guī)定）作者簽名: 二〇一〇年九月二十日目　　錄摘　　要 1Abstract 11緒論 5 5 3 3 6 8 82中小功率永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真 9 10 10 12 12 13 16 193逆變控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 20 SA4828簡(jiǎn)介 21 SA4828的功能特點(diǎn) 21 SA4828芯片的工作原理 22 SA4828初始化寄存器的參數(shù)設(shè)定 23 24 25 IPM驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 26 27 A/D轉(zhuǎn)換 30 濾波器設(shè)計(jì) 30 314逆變控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 32 SPWM控制技術(shù) 32 PWM調(diào)制法基本原理 32 SPWM調(diào)制方法 33 34 35 36 38 38 A/D轉(zhuǎn)換及濾波中斷子程序的設(shè)計(jì) 39 40 415變槳距及偏航控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì) 42 42 42 43 45 45 46 47 49 50 50 51 52 54 54 56 566結(jié)論 57參 考 文 獻(xiàn) 58在學(xué)研究成果 62致 謝 63沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論現(xiàn)代社會(huì)的存在和發(fā)展離不開能源，而人類的發(fā)展對(duì)環(huán)境的破壞情況又非常嚴(yán)峻，所以能源和環(huán)境是當(dāng)今人類生存和發(fā)展所要解決的緊迫問題。常規(guī)能源以煤、石油、天然氣為主，它不僅資源有限，而且造成了嚴(yán)重的大氣污染。因此，對(duì)可再生能源的開發(fā)利用，特別是對(duì)風(fēng)能的開發(fā)利用，已受到世界各國的高度重視。據(jù)專家們估計(jì)，地球上所接收到的太陽輻射能大約有2%轉(zhuǎn)換成風(fēng)能，裝機(jī)容量可達(dá)10TW，每年可13PW?h[1]，風(fēng)能作為一種豐富清潔的綠色能源，是近期內(nèi)最有大規(guī)模開發(fā)利用前景的可再生能源[2]。風(fēng)力發(fā)電作為可再生能源相對(duì)傳統(tǒng)能源的優(yōu)越性可歸納為三點(diǎn)[3]：（1）建造風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的費(fèi)用低廉，比水力發(fā)電廠、火力發(fā)電廠或核電站的建造費(fèi)用低得多。（2）不需火力發(fā)電所需的煤、油等燃料或核電站所需的核材料即可產(chǎn)生電力，除常規(guī)保養(yǎng)外，沒有其他任何消耗。（3）風(fēng)力是一種潔凈的自然能源，沒有煤電、油電與核電所伴生的環(huán)境污染問題。如今，世界各國都在開發(fā)和利用風(fēng)能。美國、丹麥、荷蘭和德國等國家對(duì)風(fēng)力發(fā)電的研究和應(yīng)用投入了相當(dāng)大的人力和資金，是目前世界上風(fēng)力發(fā)電方面處于領(lǐng)先地位的幾個(gè)國家。這些國家對(duì)風(fēng)力發(fā)電的研究與應(yīng)用投入相當(dāng)大的人力及資金，制定了開發(fā)規(guī)劃，和優(yōu)惠的稅收政策，他們充分利用空氣動(dòng)力學(xué)、新材料、計(jì)算機(jī)、電機(jī)及自動(dòng)控制等領(lǐng)域的新技術(shù)研制和開發(fā)現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其運(yùn)行技術(shù)。經(jīng)過十多年的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)逐漸趨于成熟，逐漸建立了評(píng)估風(fēng)力資源的計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)，發(fā)展了失速控制風(fēng)輪及葉片設(shè)計(jì)理論，提出和采用了新型葉片材料及翼形，研制成功變槳距控制風(fēng)機(jī)，開發(fā)了微機(jī)控制的風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)和機(jī)群自動(dòng)控制的技術(shù)等等，這大大提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率及可靠性。歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家建立的風(fēng)電場(chǎng)已使發(fā)電成本已低于核電，接近燃油發(fā)電水平，風(fēng)電己具有與傳統(tǒng)常規(guī)能源發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)的潛力。由于風(fēng)力發(fā)電與其他燃料能源發(fā)電有著不可比擬的優(yōu)點(diǎn)在一些發(fā)達(dá)國家中的規(guī)劃到2010年利用風(fēng)力發(fā)電量將要占發(fā)電總量的5～10%[3]。我國也是風(fēng)能資源比較豐富的國家。東南沿海、內(nèi)蒙古北部、新疆、甘肅等地區(qū)均屬于風(fēng)能資源地區(qū)，平均速風(fēng)速為6m/s，有效風(fēng)能密度多200W/m2，有很好的開發(fā)利用條件[2]。近年來，我國環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，而國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展又對(duì)能源有著巨大的需求，煤和石油的巨大消耗，導(dǎo)致酸雨等自然災(zāi)害越來越嚴(yán)重，而石油價(jià)格的居高不下又使我國在能源需求上付出了沉重代價(jià)。國家提出建設(shè)和諧的社會(huì)，以及人們對(duì)環(huán)境的重視，使我國不斷尋求新能源，而風(fēng)能作為潛力巨大的清潔能源也得到了國家的重視，近年來，我國出臺(tái)了相應(yīng)的利用風(fēng)能等的政策，并加大了開發(fā)風(fēng)能的力度。我國在風(fēng)力發(fā)電的總體技術(shù)上與風(fēng)力發(fā)電強(qiáng)國仍有一定的差距，但近年來我國在風(fēng)力發(fā)電的容量及技術(shù)方面也有了可喜的進(jìn)步，例如，沈陽工業(yè)大學(xué)承擔(dān)的863MW級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的建立便是我國在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重大突破。風(fēng)力發(fā)電的不斷發(fā)展過程中，在控制方式中出現(xiàn)了恒速恒頻與變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)，在功率調(diào)節(jié)發(fā)展過程中，出現(xiàn)了定槳距和變槳距等調(diào)節(jié)方式。在風(fēng)力發(fā)電中，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)，要求風(fēng)電的頻率與電網(wǎng)的頻率保持一致，即保持頻率恒定。恒速恒頻即在風(fēng)力發(fā)電過程中，保持風(fēng)車的轉(zhuǎn)速(也即發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速)不變，從而得到恒頻的電能。在風(fēng)力發(fā)電過程中讓風(fēng)車的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化而通過其它控