【正文】 ..................................................................... 8 永 磁同步電機概述 ........................................................................... 8 永磁同步電機原理 ........................................................................... 8 永磁同步電機數(shù)學(xué)模型 ................................................................... 9 升壓式（ Boost）變換器 .................................................................. 12 第 3 章 直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電路分析 ............................................................... 14 概述 ............................................................................................................. 14 三相二極管整流電路 ................................................................................. 14 （ BOOST）升壓電路 ................................................................................... 16 Boost 控制結(jié)構(gòu)圖 ......................................................................... 16 第 4 章 直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制策略 ................................................................. 18 最大功率追蹤法控制方案 ......................................................................... 18 控制方案概述 ................................................................................. 18 并網(wǎng)運行控制策略 ..................................................................................... 20 雙環(huán)控制 ..................................................................................................... 22 DSP 簡述與選型 .......................................................................................... 22 第 5 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ............................................................................................. 25 基于 MATLAB/Simulink 環(huán)境下的仿真研究 .......................................... 25 MATLAB/Simulink 概述 ................................................................ 25 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 ......................................................................................... 26 系統(tǒng)軟件框圖 ............................................................................................. 27 第 6 章 仿真驗證 ..................................................................................................... 29 仿真總體模型 ............................................................................................. 29 仿真分析 ........................................................................................... 30 結(jié)束語 ......................................................................................................................... 33 參考文獻 ..................................................................................................................... 34 致謝 ............................................................................................................................. 36 附錄 ............................................................................................................................. 37 Ⅰ Ⅱ 風(fēng)力發(fā)電電能變換裝置的研究與設(shè)計 摘要 ： 風(fēng)能作為一種可再生能源越來越受到人們廣泛的重視，其中變速恒頻風(fēng)力發(fā)電是現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電中的一個發(fā)展趨勢。 采用電壓環(huán)和電流環(huán)實現(xiàn)雙環(huán)控制，以提高控制性能；具有過流保護、輸出過壓、欠壓保護 。 輸出電壓： 220V177。 15％ 。 主要的設(shè)計內(nèi)容如下： (1)整體方案的確定； (2)主電路設(shè)計與元器件選擇； (3)控制系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計； (4)控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計。而在 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電中，又向著直驅(qū)化方向發(fā)展，但直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生的電能存在著電壓幅值和頻率隨風(fēng)速變化、功率不穩(wěn)定等諸多問題。 System modulation。 21世紀是科技、經(jīng)濟和社會快速發(fā)展世紀，也將是從化石燃料時代向具有持續(xù)利用能力可再生能源時代過渡，如何實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展，從而保持經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)成為世界各國必須解決問題。風(fēng)電是可再生能源技術(shù)中最成熟的一種，對于應(yīng)對那些傳統(tǒng)能源有關(guān)迫在眉睫環(huán)境和社會影響，風(fēng)力發(fā)電是個切實可行、立竿見影解決方案 [1]。在各種各樣的選擇中，風(fēng)電也許是最值得考慮的選擇。美國 20 世紀 30 年代還有許多電網(wǎng)未通達地方，獨立運行小型風(fēng)力發(fā)電機組，在實現(xiàn)農(nóng)村電氣化方面起了很大作用。風(fēng)電裝機超過 100 萬千瓦的國家已由 2021 年 11 個增加到 13 個，其中 8 個歐洲國家（德國、西班牙、意大利、丹麥、英國、荷蘭、葡萄牙、法國）、 3 個亞洲國家（印度、中國、日本）和 2 個美洲國家（美國、加拿大）。但有實用價值新型風(fēng)力機研制到 60~70 年代，才開始起步。這些行動主要有：承風(fēng)計劃、雙加工程、國債風(fēng)電項目、風(fēng)電特許權(quán)項目 [4]等。進入試運行階段，并已經(jīng)開始 10MW 風(fēng)機的設(shè)計和研制。同等容量的裝機，海上比陸地上成本增加 60%，但電量增加 50%以上，并且，每 向海洋前進 10 千米，風(fēng)力發(fā)電量增加 30%左右，隨著風(fēng)電技術(shù)水平，不斷提高，經(jīng)濟性也逐漸提高。控制方式從單一定槳距失速控制，向全槳葉變距變速控制發(fā)展，以至于向智能型控制方向發(fā)展。同步發(fā)電機在運行中，由于它既能輸出有功功率，又能提供無功功率，頻率穩(wěn)定，電能質(zhì)量高，已被電力系統(tǒng)廣泛采用。普通三相同步發(fā)電機型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖 11 所示。 4 圖 11 三相同步發(fā)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 雙饋式發(fā)電機，是變速運行風(fēng)電系統(tǒng)一種，其模型如圖 12 所示，包括風(fēng)力機、齒輪箱、感應(yīng)發(fā)電機、 PWM 變頻器和直流側(cè)電容器等。與恒速風(fēng)力機不同，其功率控制方式 為變槳距控制，即槳葉節(jié)距角隨著，風(fēng)速改變而改變，從而使風(fēng)力機在較大范圍內(nèi)，按最佳參數(shù)運行，以提高風(fēng)能利用率。 因此，目前的大型風(fēng)力發(fā)電機組一般是這種變槳距控制雙饋式風(fēng)力機，但其主要缺點在于控制方式相對復(fù)雜，機組價格昂貴。使用直接驅(qū)動技術(shù)，在風(fēng)力機與交流發(fā)電機之間不需要安裝升速齒輪箱，因而減少了維修周期，降低由于齒輪箱造成，噪聲污染，在低風(fēng)速時具有更高效率。 IGBT（絕緣柵極雙極型晶體管）是一種結(jié)合大功率晶體管，及功率場效應(yīng)晶體管兩者特點 ，復(fù)合型電力電子器件，既具有工作速度快，驅(qū)動功率小，優(yōu)點，又兼有大功率晶體管的電流能力大，導(dǎo)通壓降低的優(yōu)點。其缺點就是需要兩個全功率電力變換器，但比起升速系統(tǒng)所采用升速齒輪箱 6 結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)的應(yīng)用，應(yīng)該還是以后風(fēng)電領(lǐng)域的一個趨勢。本文主要內(nèi)容有 （ 1） 第一 章 緒論 概述了風(fēng)力發(fā)電電能變換裝置的發(fā)展現(xiàn)狀、及其研究意義，系統(tǒng)主要分類，以及優(yōu)缺點。 （ 5） 第五章 分析了直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的軟件設(shè)計方案 （ 6） 第六章 作出了仿真驗證本文理論部分。 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)涉及到空氣動力學(xué)、機械傳動、自動控制、電機學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)等多學(xué)科的綜合性高技術(shù)系統(tǒng)工程 [2]。 直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 如圖 21 所示 圖 21 總體結(jié)構(gòu)圖 采用永磁同步風(fēng)力發(fā)電機，將發(fā)出的電壓與頻率隨風(fēng)速變化，交流電通過 三相二極管整流橋整流為直流，大電感濾波后，獲得的直流電壓比較平穩(wěn)，經(jīng)過 DCDC 變換升壓電路，為逆變電路提供所需要幅值恒定，直流電壓，逆變電路逆變成與電網(wǎng)頻率相同的恒頻電能后并網(wǎng)。 直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機模型 永磁同步電機概述 在傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，有過許多控制方案，其中包括異步電機發(fā)電（定槳距型感應(yīng)發(fā)電系統(tǒng)、變槳距型可變電阻感應(yīng)發(fā)電系統(tǒng)、變槳距型雙饋發(fā)電系統(tǒng)、 變槳距型無刷雙饋發(fā)電系統(tǒng)），同步電機發(fā)電（變槳距電勵磁同步發(fā)電系統(tǒng)、變 電系統(tǒng)中的應(yīng)用。在大力開展風(fēng)能利用的今天，風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電量正在不斷增加，對風(fēng)力發(fā)電機組可靠性和效率的要求也在不斷提高，齒輪箱的存在在一定程度上限制了風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)展。同時，變頻器的使用，使得風(fēng)力發(fā)電機組可以在較寬的風(fēng)速范圍內(nèi)運行，提高系統(tǒng)的效率。直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機三相輸出整流后要經(jīng)過大電感濾波，則電機三相電流被強制為梯形波電流。由公式（ 21）可知，為了發(fā)電機輸出功率平穩(wěn)，減小系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩脈動，則發(fā)電機的電動勢最好是梯形波。由參考文獻 [16][18]，其等效電路如圖 22 所示。 m； B—— 阻力系數(shù)，單位 kg梯形波永磁同步發(fā)電機和同步發(fā)電機相比，具有電壓調(diào)整率低、電壓波形平穩(wěn)的優(yōu)點，和直流發(fā)電機相比，具有無機械換向裝置、換向容易、使用壽命長等優(yōu)點。為了使系統(tǒng)能夠在較寬，風(fēng)速條件下運行，需要使用直流變升壓電路，將電壓變換為逆變裝置所需要電壓，然后并網(wǎng)，以此達到提高系統(tǒng)效率的目的。 升壓式（ Boost）變換器 （ 1）電路的拓撲結(jié)構(gòu) Boost 變換器是一種輸出電壓高于輸入電壓的單管非隔離直流 變換器。如圖 26 所示，在 [0， T1]區(qū)間，開關(guān)管 S 處于導(dǎo)通狀態(tài)，電源電壓全部加到電感兩端，電感電流 Li 呈線性增長。在 S 截止期間期間，電感電流的減小量為