永磁同步電機在風力發(fā)電系統(tǒng)中的應用(編輯修改稿)
2025-07-20 06:20 本頁面
【文章內容簡介】 速比法的基本思想是當風速變化時，通過測量風速和風力機固有特性計算出此時的最佳轉速，并適時調整發(fā)電機轉速始終運行于該最佳轉速，從而實現(xiàn)最大風能跟蹤。用風速計直接測出風速信號，由最佳葉尖速比和式(2)求得對應的最佳轉速，將它與測得的風力機轉速信號進行比較，組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，由轉速誤差信號調節(jié)發(fā)電機的電功率輸出，進而達到調節(jié)轉速的目的，使風力機轉速正比于風速而變化，即始終運行在最佳葉尖速比的情況下。圖 最佳葉尖速比控制法原理圖4 永磁直驅風力發(fā)電系統(tǒng)建模 直驅式風力機由于省去了齒輪箱，其運動方程為[5]： (5)式中為風力機的轉動慣量；為風力機的轉速；為風力機的氣動轉矩；為傳動裝置傳給發(fā)電的扭矩。由式(3)得風力機的氣動轉矩為： (6) SIMULINK中建立風力機的風速轉矩模型，：圖 風力機的風速轉矩模型永磁風力發(fā)電機的模型一般在坐標系下建立，坐標系是包括永磁同步電機在內的所有交流電機最常用的坐標系。電機轉矩的產生，是由于定子磁鏈與轉子磁鏈相互吸引作用而產生的。電機轉矩的大小、方向與定子磁鏈與轉子磁鏈的幅值、相位有關。為了便于分析，將坐標系定位于轉子磁鏈之上，此時在軸方向為磁鏈方向，軸方向超前軸90。電角度，這樣就形成了一個同步旋轉的正交坐標系。電機所有交流變量都可以在這個坐標系中轉化為直流量并投影于、兩個軸上，對兩個軸上的分量分別控制，就控制了這個變量。內轉子永磁同步電機的轉子磁場由永磁體產生，是不可控制量，因此只需控制定子磁場，就可以控制電機電磁轉矩。定子磁場中可變的部分是定子電流產生的電流勵磁磁場，在坐標系內對定子電流的解耦控制，就實現(xiàn)了電機電磁轉矩的控制，這也是矢量控制的實現(xiàn)方法。本文在同步旋轉坐標系下建立的永磁同步發(fā)電機組數(shù)學模型為： (7)式中：分別為發(fā)電機的軸和軸電流；和分別為發(fā)電機的軸和軸電感；為定子電阻；為電角頻率，；為發(fā)電機轉子的極對數(shù)；為永磁體的磁鏈；和分別為的軸和軸分量。定義軸的反電勢，軸的反電勢已，假設發(fā)電機軸和軸電感相等，即，所以，式(7)可寫為： (8)由此在MATLAB/：圖 永磁發(fā)電機模型 發(fā)電機轉矩模型發(fā)電機的轉動方程為： (9)其中為發(fā)電機的轉動慣量，為發(fā)電機反力矩，為發(fā)電機轉速。由于采用永磁直驅風力發(fā)電機，沒有使用增速齒輪箱，所以風輪轉速和發(fā)電機轉速相等，即有： (10)直驅式永磁同步發(fā)電機的電磁轉矩表達式為： (11)簡化為：
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