【正文】 因此本文采用 MATLAB／ Simulink 對風力發(fā)電系統(tǒng)進行建模與仿真，主要是利用了 Matlab 強大的控制功能和仿真收斂性好等優(yōu)點。對于建模， Simulink 提供了一個圖行化的用戶界面。 )()()()()( 圖 虛擬電網(wǎng)磁鏈定向下坐 標系各分量 為了徹底省去網(wǎng)側(cè)電壓傳感器，利用虛擬電網(wǎng)磁鏈推導(dǎo)電網(wǎng)電壓的過程見式(313)到式 (314)。 du 、 qu 為輸出控制量，穩(wěn)態(tài)時直流量 di 、 qi 微分為零，逆變器方程 如下所示： ??? ??? ???qgedgqqqgedgdd iLiReu iLiReu ? 由上式可見，逆變器 d 軸電流和 q 軸電流之間存在交叉耦合，而且 d 軸通道上還存在電網(wǎng)電壓常值的干擾。 由于缺乏勵磁控制 ,永磁電機產(chǎn)生與電機 轉(zhuǎn)速成比例的電動勢 ,為了得到最大風能利用效率 ,轉(zhuǎn)速要根據(jù)風速的變化而變化 。按照相應(yīng)的輸出 功率來選擇相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，得到一個恒定的葉尖速比。 圖 風力機輸出機械功率和機械角速度之間的關(guān)系曲線 根據(jù)上述分析可知，當槳距角 ? 一定時， Cp 只有在葉尖速比 ? 為 opt? 時，才 能 取得最大值 Cpmax 再 不同風速下風輪的輸出機械功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，可以看出 每一種風速，都存在 一個最佳轉(zhuǎn)速，在該轉(zhuǎn)速下風輪輸出的機械功率最大，該轉(zhuǎn)速與風速對應(yīng)著最佳葉尖速比 opt? 和最大風能利用系數(shù) Cpmax， 若 將不同風 速下的最大功率點連 接 起來就 可以 得到一條最大功率曲線 maxP 。所以為了使風機能夠始終從空氣中 捕獲最大的風能， 我們必須根據(jù)風速的變化對風機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)控，也可以成為 進行最大功率點追蹤控制。所以我們可以用這種方法控制逆變器的有功和無功功率的方法，即是分別控制逆變器輸送給電網(wǎng)電流的有功分量和無功分量的大小。通過調(diào)節(jié)占空比 D 可靈活地調(diào)節(jié)輸出電壓，可以有效地將發(fā)電機出口較低且變化的電壓變換為較高且穩(wěn)定的電壓。由于缺乏勵磁控制 ,永磁電機產(chǎn)生與電機轉(zhuǎn)速成比例的電動勢 ,為了得到最大風能利用效率 ,轉(zhuǎn)速要根據(jù)風速的變化而變化。永磁同步電動機的定子磁場是由定子繞組中通以對稱的交 流電建立的，定子磁場在定、轉(zhuǎn)子氣隙中也呈正弦分布并以同步速度旋轉(zhuǎn)。 由風力機的空氣動力學特性可知 ,風力機的輸入功率為： ? ???? ,21 3 pm CVSP ? VRW??? 其中： S：槳葉掃風面積，單位為 m178。電力電子變流裝置可以根 據(jù)要求進行有功功率、無功功率及頻率輸出的任意調(diào)節(jié)，諧波分量低，具有很強的低電壓穿越能力，以適應(yīng)電網(wǎng)擾動，并網(wǎng)特性完全滿足目前國際上最新風電并網(wǎng)技術(shù)標準的要求。其基本結(jié)構(gòu)如圖 2． 1 所示： 圖 直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)原理圖 直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)的風力機與發(fā)電機轉(zhuǎn)子直接耦合，所以發(fā) 電機的輸出端電壓、頻率隨風速的變化而變化。研究了永磁同步發(fā)電機的矢量控制的方法，闡述 了虛擬磁鏈觀測法的原理。根據(jù)風能條件，直驅(qū)永磁風力發(fā)電機轉(zhuǎn)速可以在一個相對較寬的范圍內(nèi)變化，從而使風力機在不同的風速都能輸出最大的功率。變槳距功率調(diào)節(jié)方式迅速取代定槳距調(diào) 節(jié)方式。在運行方面，不斷完善調(diào)峰的同時 ，加緊制定風電錯峰管理辦法。 20xx 年我國風電新增裝機 1296 萬千瓦，比 20xx 年的 1763 萬千瓦減少了約 %。 據(jù)國際能源署 (IEA)對 20xx～ 2030 年國際電力的需求進行的研究表明，來自可再生能源的發(fā)電總量年平均增長速度將最快。 我國早就意識到面對日益枯竭的燃料能源，原有的資源消耗方式顯然已經(jīng)跟不 上時代的發(fā)展，早早開始了與風能、太陽能等新型可再生能源相關(guān)項目的的研發(fā)工作，到如今，已經(jīng)取得了優(yōu)異的成績。這臺風力渦輪機有 45 米高，可以產(chǎn)生 1． 4 兆瓦的電力。 預(yù)計 到 2020 年，全球 風電容量將 會 達到 12． 6 億千瓦，是 20xx 年 的 世界風電裝機容量的 倍， 預(yù)計的 總投資約為 6300 億美元。對風電系統(tǒng)進行建模與仿真分析，直接關(guān)系到所開發(fā)系統(tǒng)的精確性，可以在較短的時間內(nèi)培訓出合格的運行操作人員，并可有效提高運行管理水平，提高風電場運行的安全性和經(jīng)濟性。通過反省霧霾事件，人們將會更加樂于接受并使用清潔可再生能源。 關(guān)鍵詞：永磁同步發(fā)電機；直驅(qū)式風電系統(tǒng)；數(shù)學模型；建模仿真 Abstract Wind energy as a clean and renewable energy, not only can ease the energy crisis, but also conducive to environmental protection,Can bring direct economic benefit and social benefit, so in recent years by the extensive attention from all walks of life, the wind power rapid development of. Current of gridconnected wind power system is widely used in the use of asynchronous generator, but the is not high. And because must use the speed increase gearbox, the reliability of the system is not high. The permanent mag wind power generation system of the motor, because it has the advantages of high efficiency, easy manufacture, good controlling effect,Gradually became the focus of the study. This paper mainly modeling and Simulation for permanent mag directdrive wind power system Research. Wind power generation system includes two energy conversion process, namely wind turbines convert wind energy into mechanical energy and to convert mechanical energy into electrical energy. In the The Matlab / Simulink environment to build the model of simulation system. This paper proposes a method to capture maximum wind energy, improve the efficiency of the generator. maintain a constant DC voltage, and according to the realization and the power grid without control target power exchange demand of power work. Modeling and simulation analysis of an important means of effective methods and electromechanical system performance. In this paper, based on the Simulink technology of simulation, construction of the permanent mag synchronous generator module, and package, which provides a convenient, reliable tool for the simulation research of this kind of generator system. Through the above research, laid the theoretical and experimental basis for the establishment of China39。 風力發(fā)電系統(tǒng)包括兩個能量轉(zhuǎn)換過程，即風力機將風能轉(zhuǎn)換為機械能和發(fā)電 機將機械能轉(zhuǎn)換為電能。并且由于必須采用升速齒輪箱，系統(tǒng)的可靠性不高。 建模與仿真是研究分析機電系統(tǒng)性能的有效方法和重要手段。 風能，作為一種可 轉(zhuǎn)化成電能的能源形式受到了人們的廣泛關(guān)注。 課題研究意義 風力發(fā)電技術(shù)在廣義上不僅包含風力發(fā)電機組的研究、生產(chǎn)，同時 包括風電場 廠址 的選擇和管理，風力發(fā)電的經(jīng)濟性研究等內(nèi)容。隨著風電技術(shù)的快速發(fā)展和機組單機容量的不斷增加，對風電機組控制系統(tǒng)的要求愈來愈高，機組控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制策略越來越復(fù)雜，而建立系統(tǒng)模型是對系統(tǒng)分析和控制器設(shè)計的前提條件。 海上 廣闊 的 空間和 可觀 的風能潛力 是使得風機從陸地轉(zhuǎn)移到海洋 成為一種趨勢 。據(jù)計算，全國風能資源總量約每年 16 億千瓦，其中可開發(fā)約為每年 1． 6 億千瓦。今年主要任務(wù)是積極發(fā)展水電，協(xié)調(diào)發(fā)展風電，大力發(fā)展分布式光伏發(fā)電。這需要從根本上調(diào)整以煤為主的能源消費結(jié)構(gòu)，提高新能源在終端能源消費中的比重。國家能源局數(shù)據(jù)顯示， 20xx 年全國 風電平均年利用小時數(shù)為 1890 小時，較 20xx 年下降了 30 小時，個別省（區(qū)）下降到 1400 小時左右，部分地區(qū)棄風限電嚴重。與此同時，我國從風電大國轉(zhuǎn)變?yōu)轱L電強國，風電成為社會主要電源，使用清潔能源的觀念將深入人心。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，近幾年來變速恒頻風機得到了快速發(fā)展，并成為 市場的主流技術(shù)。 現(xiàn)將直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)和雙饋式風力發(fā)電系統(tǒng)以表格的形式進行對比，如下所示： 對比內(nèi)容 異步雙饋 永磁直驅(qū) 驅(qū)動鏈結(jié)構(gòu) 有齒輪箱，維護成本高 無齒輪箱或低傳動比 （半直驅(qū)） 電機種類 電勵磁 永磁 電機尺寸、重量、造價 小，輕，低 高，大，重 電機電纜的電磁釋放 有釋放，需要屏蔽線 無釋放 電機滑環(huán) 半年 換碳刷， 2年 換滑環(huán) 無碳刷，無滑環(huán) 變流單元 IGBT，單管額定電流小，技術(shù)難度大 IGBT，單管額定電流大， 技術(shù)難度小 變流容量 全功率的 1/4 全功率逆變 變流系統(tǒng)穩(wěn)定性 中 高 電網(wǎng)電壓突降的影響 電機端電流、電機轉(zhuǎn)矩急增 電流、轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定 塔內(nèi)電纜工作電流類型 高頻非正弦波，諧波分量較大，必須使用屏蔽電纜 正弦波 可承受瞬間電壓波動 [10%, +10%] [85%, +10%] 諧波畸變 難以控制，因為要隨電機轉(zhuǎn)速變化進行變頻 易控制，因為諧波頻率穩(wěn)定 50Hz/60Hz 之間的配置變化 變流濾波參數(shù)需調(diào)整，齒輪箱需改變 變流濾波參數(shù)需調(diào)整 電控系統(tǒng)平均效率 中 高 本論文主要研究 工作 風力發(fā)電是一門新式學科，但是它所涵蓋的方面非常之廣，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。因此，永磁直驅(qū) 式 風 力發(fā) 電系統(tǒng)正在成為目前風力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。該系統(tǒng)中 的永磁同步發(fā)電機是低速電機，它能與風力機很好的匹配，風力機可以 和永磁發(fā)電機直接耦合，省去了其 它風力發(fā)電系統(tǒng)中的增速箱，使機組結(jié)構(gòu)大大簡化，減少發(fā)電機的維護工作并且降低噪聲：其次，該方案在一定程度上實現(xiàn)了系統(tǒng)的解耦控制，提高系統(tǒng)運行可靠性，可以獨立設(shè)計逆變器部分。 ，風速有可能發(fā)生突然地變化，我們定義陣風 BV 如下所示： ? ? ? ?? ?? ?GGGGGGGGGBTTtTTtTTtTTTtGv??????????? ???111121m a x0//2c o s12/0? 其中： BV ：陣風風速分量，單位為 m/s； GT ：周期，單位為 S； )( GT1 ：陣風啟動時間，單位為 S； maxG ：陣風峰值； ，風速會有一個緩慢的漸變特性，因此我們把這一特性定義為漸變風如下所示： ? ? ? ?? ????????????????????RRRRRRRRRRRCTTtTTtTRTtTTTTtRTtV222m a x21212m a x10/10 其中： CV ：漸變風分量，單位為 m/s； maxR ：漸變風峰值，單位為 m/s； RT1 ：漸變風起始時間，單位為 s； RT2 ：漸變風終止時間，單位為 s； RT ：漸變風持續(xù)時間，單位為 s； ，風濕有波動性質(zhì)的，為了體現(xiàn)風速的隨機擾動特性，我們定義隨機風 DV 如下所示： ? ?? ? ? ?? ?? ?? ???????????????????