【正文】 與轉(zhuǎn)速的關系圖。HCS能夠成功地應用于無慣性的太陽能變換系統(tǒng)中和慣性很小的小型風力發(fā)電系統(tǒng)。控制方框圖如圖311：圖311 登山搜索控制框圖風力機的輸出功率P、轉(zhuǎn)速ω經(jīng)過延時比較后得到各自的變化量△P, △ω；邏輯判斷是根據(jù)△P, △ω值的正負關系判斷出風力機的實際工作點與最大功率點的位置關系：如果△P*△ω O，則說明此時風力機的輸出功率和轉(zhuǎn)速同時增加或同時減小，因而風力機實際工作點在最大功率點左側(cè)，判斷結(jié)果確定為1即邏輯判斷器輸出為1：如果△P*△ω0，則說明此時風力機輸出功率和轉(zhuǎn)速的變化方向相反，即輸出功率在增加而轉(zhuǎn)速卻在減小，或者輸出功率在減小而轉(zhuǎn)速卻在增加，因此風力機的實際工作點在最大功率點右側(cè)，判斷結(jié)果確定為1即邏輯判斷器輸出為l。下面就它的實際工作情況做一個簡要分析。如果忽略電路損耗，則認為整流器的輸入功率和輸出功率相等，即有： 3UsIs=Udc1Idc1 (410）其中Udc1，Idc1分別為直流側(cè)電壓和電流。圖55 系統(tǒng)輸出電壓此時的占空比為32%，如圖56所示。／Simulink軟件建立仿真模型，驗證了控制方法及實現(xiàn)最大功率跟蹤的正確性和有效性?？梢?，我國的風能資源是十分豐富的，而且風力發(fā)電具有無污染、施工周期短、投資靈活、占地少、造價低等顯著優(yōu)勢。由于D≤1，因此該電路是升壓電路。 5.（17—18周）整理實驗數(shù)據(jù)，并與理論比較，撰寫論文。四、研究工作進度 1.（1—4周）查閱資料，學習理論知識，了解題目概況、工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成。 B00ST電路模型分析如圖2 設整個系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運行。為了實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展，世界各國都在大力開發(fā)新能源和可再生能源。本文對永磁同步風力發(fā)電機最大功率控制作了較為深入的研究，主要工作體現(xiàn)在以下幾點：l .在大量閱讀文獻的基礎上，了解了人類利用風能的過程及風力機的發(fā)展歷程。在圖51中采用了Boost變換器，在該仿真系統(tǒng)中，直接將Boost變換器輸出的直流電輸送給電阻負載，以減小仿真的復雜程度，突出本文的對變速風力發(fā)電系統(tǒng)最大功率點跟蹤控制的思想。濾波電容c的選擇電容是一種靜態(tài)電荷存儲介質(zhì)。 變換器輸入電阻Rdc1會隨直流電壓占空比的變化而變化，可定義為：Rdc1=Udc1/Idc1(44)輸出電流可由輸出電壓和負載電阻表示：Idc2=Udc2/RL(45)如果忽略開關損耗和電路損耗，設斬波電路的輸入功率與輸出功率相等，可得Udc1*Idc1= Udc2*Idc2(46)將式(8)代入式(12)，可消去Udc1和Udc2，得Idc2=(1α) Idc1(47)將式兩邊同時除以，并將式代入可得Udc2/Idc2=(48)另外，將式代入式可得Rdc1=(1α)2RL(49)可見，當改變占空比就可以改變輸入端負載即改變發(fā)電機的負載特性，也就實現(xiàn)了調(diào)節(jié)輸入電壓的功能。因此，必須改變轉(zhuǎn)速的變化方向即降低風力機的轉(zhuǎn)速，直到風力機運行在最大功率點上。假如風速由變成，新的最優(yōu)運行點將會從(ωD,PD)點開始搜索，則：△P= PD –P10,Sign(△P)=l (33)△ω=ωDω10,Sign(△ω)=1 (34)由式33和式34可得ωref=ω1+ωstep下一個運行點將會是()，然后與上面的情況類似，風機最后會運行到最大功率點(ω3,P3)。圖32 風力機運行狀態(tài)點變化圖同樣，在風速為v2時，如果當前的風輪實際轉(zhuǎn)速為ω2，則在PSF算法的控制下，風力機將會減速，即從ω2逐漸降低到ω0，同樣最終會運行在最大功率點上。另外直驅(qū)永磁風力發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)子采用永磁體，不需要電勵磁裝置，具有重量輕、效率高、可靠性好的優(yōu)點。(4)變速恒頻風力發(fā)電機組風力機產(chǎn)生的功率與風速和發(fā)電機轉(zhuǎn)速密切相關，而且在一個特定風速下存在一個最優(yōu)轉(zhuǎn)速，使得風力機獲得的功率最大。失速調(diào)節(jié)型的優(yōu)點是失速調(diào)節(jié)簡單可靠，風速變化引起的輸出功率變化只通過槳葉的被動失速調(diào)節(jié)而控制系統(tǒng)不作任何控制，使控制系統(tǒng)大為減化。(4)機艙：由底盤和機艙罩組成。第五章 燕山大學本科上畢業(yè)設計（論文）第2章 風力發(fā)電系統(tǒng)介紹 風力發(fā)電的理論基礎風能的計算，由流體力學可知，氣流的動能為 E=1/2mv2 (21)式中E：氣流動能m：氣流質(zhì)量v：氣流速度設單位時間內(nèi)流過截面積為S的氣體的體積為V，如果以p表示空氣密度，則該體積的空氣質(zhì)量為 m=ρv=ρSv (22)這時氣流所具有的動能為 E=1/2ρSv3 (23)式中E：風能：空氣密度S：截面積v：氣流速度由風能的公式可以看出，風能大小與氣流通過的面積成正比，與氣流速度的立方成正比。同步發(fā)電機經(jīng)全容量變頻器接入電網(wǎng)實現(xiàn)變速恒頻發(fā)電。與恒速風力發(fā)電機組相比，變速風力發(fā)電機組的優(yōu)越性在于：低風速時它能夠根據(jù)風速變化，在運行中保持最佳葉尖速比以獲得最大風能；高風速時利用風輪轉(zhuǎn)速的變化，儲存或釋放部分能量，提高傳動系統(tǒng)的柔性，使功率輸出更加平穩(wěn)。變槳距風力發(fā)電機組的功率調(diào)節(jié)不完全依靠葉片的氣動性能。(4)在解決偏遠邊區(qū)用電、脫貧致富方面發(fā)揮重大作用。風能的利用將可能改變?nèi)祟愰L期依賴化石燃料和核燃料的局面。以歐美等發(fā)達國家為代表，全球風電呈現(xiàn)出規(guī)模化發(fā)展態(tài)勢。全球已有35個發(fā)達國家和100個發(fā)展中國家制定了全國性的可再生能源的發(fā)展目標。本文主要研究變速風力發(fā)電系統(tǒng)最大功率點的跟蹤問題，以使風力機在處于額定風速以下時能夠?qū)崿F(xiàn)最大風能捕獲。本文接著闡述了變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)最大功率輸出原理，分析對比了幾種常見的風能跟蹤算法，對爬山算法進行了著重研究。目前在全球范圍內(nèi)，歐洲和美國在風電市場中占統(tǒng)治地位，其中德國是目前風電裝機容量最大的國家，裝機容量超過2000萬千瓦，美國和西班牙也都超過了1000萬千瓦。我國能源發(fā)展面臨的問題日益突出，概括起來主要有四個方面：(1)能源資源總量少，優(yōu)質(zhì)資源尤其短缺中國人均擁有能源只有世界平均值的40％，特別是中國石油資源量嚴重不足，最終可開采儲量僅占世界石油可采儲量3％左右，剩余可開采儲量僅占世界剩余可開采石油儲量的1．8％。利用風能來發(fā)電，能減少環(huán)境污染、保護氣候資源，使人類的健康和地球上的生命免受不良影響。近年來，可再生能源利用的迅猛發(fā)展特別是風力發(fā)電的高速增長引起了能源界的高度重視。事實上，如果沒有其他的措施的話，變槳距風力發(fā)電組的功率調(diào)節(jié)對高頻風速度變化仍然是無能為力的。目前具有變速恒頻發(fā)電技術(shù)的機組主要有：雙饋型風力發(fā)電機組雙饋異步發(fā)電機是結(jié)合了異步發(fā)電機和同步發(fā)電機的優(yōu)點而發(fā)展起來的一種新型發(fā)電機。為連接轉(zhuǎn)速不同的風力機與發(fā)電機，采用轉(zhuǎn)速比較高的(如l：50)齒輪箱傳動裝置不可避免。能量的轉(zhuǎn)換將導致功率的下降，它隨所采用的風力機和發(fā)電機的型式而異。(8)電控系統(tǒng)：完成整個發(fā)電機組的控制、電壓并網(wǎng)和遠程通訊等控制功能。當轉(zhuǎn)速達到一定時，再調(diào)節(jié)到0176。據(jù)統(tǒng)計，采用變速恒頻風力系統(tǒng)，在風輪直徑和風能資源相同的條件下，年發(fā)電量比恒速恒頻系統(tǒng)可增加20％30％。 葉尖速比控制算法TipSpeed—Ratio(TSR)Control葉尖速比(TSR)控制算法是要維持風力機的葉尖速比力在最佳值丸。圖34 風力機輸出功率與轉(zhuǎn)速關系假設風力機轉(zhuǎn)速的增加引起風力機輸出功率的增加，HCS控制使風機轉(zhuǎn)速沿著上升的區(qū)域接近最大功率點，反之，將減速使風力機沿著下降區(qū)域接近最大功率點。但是對于慣性較大的大型風力機系統(tǒng)，由于風力機具有較大的轉(zhuǎn)動慣量，系統(tǒng)的時間常數(shù)較長，因此登山搜索算法對整個風電系統(tǒng)無法進行有效的控制。比例系數(shù)C用來調(diào)節(jié)sepic變換器的PWM觸發(fā)脈沖占空比的變化速率，比例系數(shù)C選的越大，則PWM觸發(fā)脈沖占空比的變化速率就越快，風力機轉(zhuǎn)速的變化率就越大，相應地對最大功率點的跟蹤速度就越快，但是太大的轉(zhuǎn)速的變化率容易引起風力機輸出功率的大幅度的波動。IGBT是在MOSFET基礎上研制成功的，它兼有功率MOSFET高輸入阻抗、高速特點和巨型晶體管大電流密度特性，具有安全工作區(qū)寬、易于并聯(lián)等獨特優(yōu)點，IGBT被認為是理想的新型電力電子器件。為簡化分析，如果忽略線路漏感等影響，設 Ulm為線電壓峰值。系統(tǒng)輸出功率如圖57所示。鑒于國外已經(jīng)推出商品化的兆瓦級永磁同步風力發(fā)電機，而我國在這一領域的理論研究才剛剛起步，實用化的產(chǎn)品還是空白，所以本文的研究具有較重要的意義。綜合資源、技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)保各因素，具有大規(guī)模開發(fā)利用前景的風力發(fā)電是解決我國電力和能源緊缺的重要戰(zhàn)略選擇。該電路之所以能使輸出電壓高于輸入電壓，關鍵在于兩個原因：一是電感儲能具有電壓泵升的作用；二是電容數(shù)值較大使電壓近似穩(wěn)定。 主要參考文獻 【1】葉杭冶．風力發(fā)電機組的控制技術(shù)【M】．北京機械工業(yè)出版社，2006． 【2】薛清梅．大型海上風力發(fā)電的開發(fā)【J】．發(fā)電設備，2007，2：161．163． 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不控整流器加BOOST電路加并網(wǎng)PWM變換器結(jié)構(gòu) 為了解決不控整流器加并網(wǎng)PWM變換器并網(wǎng)電壓較低的缺點，在不控整流器和并網(wǎng)PWM變換器之間可以加入一級BOOST升壓電路圖1)，可以有效地提高并網(wǎng)電壓避免并網(wǎng)失敗。 隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，地球上可利用的常規(guī)能源日趨匱乏。永磁同步電機的優(yōu)秀性能使它獲得了廣泛的應用，其優(yōu)越的特性和節(jié)能效果使其在兆瓦級風力發(fā)電機領域極具發(fā)展?jié)摿?。Sepic變換器輸出端的濾波電容大小為47000e6F。模擬電感值為30mH。由此得到以下方程：Udc1Idc1ton=（Udc2Udc1）Idc2toff(41) 因兩邊電流相等，用占空比α表示為:Udc2=Udc1(ton+toff)/toff= Udc1/(1α)(42)其中占空比α表示為： α= ton/(ton+toff)(43)當風力發(fā)電機輸出電壓隨風速變化時，DC—DC變換器的輸入電壓Udc1也隨之改變，通過調(diào)節(jié)PWM觸發(fā)脈沖的占空比α大小，使輸出電壓Udc2不變。圖39 風力機狀態(tài)點趨向于最大功率點(4)P(k1)P(k)且ω(k1)ω(k)表示轉(zhuǎn)速增加后，風力機輸出功率減小了，根據(jù)這一關系可以確定，K1時刻與k時刻風力機的運行狀態(tài)點都在最大功率點的右側(cè)(如圖310)，且K時刻的狀態(tài)點比Kl時刻的狀態(tài)點遠離最大功率點。重復這個過程直到系統(tǒng)運行點為(ω1,P1)， 這時即為風速下的最大功率點。如果只是當前風速下風力機的最大功率輸出點，ω1是此時風力機實際的風輪轉(zhuǎn)速，PSF控制算法將由該轉(zhuǎn)速ω1，根據(jù)最大功率曲線計算出相應的最大輸出功率，并將它作為風力機輸出功率的給定值；由于風力機此時的輸出功率只小于風力機實際捕獲的機械功率，風力機的轉(zhuǎn)速ω將從逐漸增加到ω0，隨著轉(zhuǎn)速ω的增加風力發(fā)電系統(tǒng)在PSF的控制下最終將運行在最大功率點P0上。應用于風力發(fā)電的永磁同步發(fā)電機采取特殊的設計方案，其較多的極對數(shù)使得在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較低時，發(fā)電機仍然可以工作，因而在直驅(qū)永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)中使風輪機與永磁同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子直接耦合，省去齒輪箱，提高了效率，減少了發(fā)電機的維護工作，并且降低了噪音。主動失速調(diào)節(jié)型的優(yōu)點是具備了定槳距失速型的特點，并在此基礎上進行變槳距調(diào)節(jié)，提高了機組的運行效率，減弱了機械剎車對傳動系統(tǒng)的沖擊，控制較為容易，輸出功率較平穩(wěn)。在低風速段運行時，采用小電機使槳葉具有較高的氣動效率，提高發(fā)電機的運行效率。(3)發(fā)電機：將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋ａ槍C/DC變換選用了boost升壓電路，然后對變換阻抗的DC／DC變換器進行了具體設計。高速同步發(fā)電機組在同步發(fā)電機和電網(wǎng)之間使用變頻器，轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間的耦合問題將得以解決，變頻器的使用，使風力發(fā)電機可以在不同的速度下運行，并且使發(fā)電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)矩得以