【正文】 8 風(fēng)力機(jī)輸出相電壓電壓經(jīng)過主電路和控制電路作用后的負(fù)載電壓如圖58示。圖59系統(tǒng)輸出電壓此時(shí)的占空比為43%，如圖59所示。系統(tǒng)輸出功率如圖510所示。圖510 占空比脈沖電壓圖510 系統(tǒng)輸出功率可以看出，當(dāng)風(fēng)速由 9m/s突變?yōu)?3m/s此時(shí)， 跳變到 kW。同理，可分析風(fēng)速由13 m/s突變?yōu)?m/s時(shí)的情況。仿真結(jié)果表明，隨著風(fēng)速的變化，風(fēng)機(jī)捕獲功率基本與系統(tǒng)輸出功率一致。通過登山搜索控制，再經(jīng)控制器調(diào)節(jié)產(chǎn)生變化的PWM觸發(fā)脈沖，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)及風(fēng)力機(jī)的變速運(yùn) 行控制以及對(duì)最大功率點(diǎn)的跟蹤，從而驗(yàn)證了該MPPT控制策略的正確性。結(jié)論風(fēng)能是一種不產(chǎn)生任何污染物的可再生能源，已經(jīng)成為2l世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ木G色能源。永磁同步電機(jī)的優(yōu)秀性能使它獲得了廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)越的特性和節(jié)能效果使其在兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿?。本文?duì)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(diǎn)：l .在大量閱讀文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，了解了人類利用風(fēng)能的過程及風(fēng)力機(jī)的發(fā)展歷程。熟悉了水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和各種變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)方案，介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的各種控制方法。，詳細(xì)闡述了登山搜索法。并將這一方法應(yīng)用于主電路的控制中，通過改變IGBT脈沖電壓即改變占空比的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大功率控制。／Simulink軟件建立仿真模型，驗(yàn)證了控制方法及實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤的正確性和有效性。鑒于國外已經(jīng)推出商品化的兆瓦級(jí)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，而我國在這一領(lǐng)域的理論研究才剛剛起步，實(shí)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。燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）參考文獻(xiàn) 1．李俊峰等．風(fēng)力12在中國[M]．化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2005．10 2．李勇東等．中國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀和前景[J]．電氣時(shí)代，2006，(03)：1620． 3．李亞西，武鑫，趙斌等．世界風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]．太陽能，2004(1)：67． 4．李傳統(tǒng)．新能源與可再生能源技術(shù)[M]．南京：東南大學(xué)出版社，2005：25． 5．薛衍，朱瑞兆，楊振斌等．中國風(fēng)能資源儲(chǔ)量估算[J]．太陽能學(xué)報(bào)，2001，22(2)：167170． 6．朱兆瑞，祝昌漢．中國太陽能、風(fēng)能資源及其利用[M]．北京：氣象出版社，1988 7．徐大平，肖運(yùn)啟，呂躍剛，李煒．基于模糊邏輯的雙饋型風(fēng)電機(jī)組最優(yōu)功率控制．太陽能學(xué)報(bào)，2008，29(6)：64465l ．風(fēng)力機(jī)的理論與設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985． ，李帥，魚振民，等．小型風(fēng)電系統(tǒng)最大功率跟蹤的研究[J]．西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，4(38)：357359． ，倪受元．獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)電機(jī)組的最佳葉尖速比控制[J]．太陽能學(xué)報(bào)，1998，1(19)：3035． 11. [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002. ，[J].大電機(jī)技術(shù)，2006，（6）：5155. ，南新元，高瑜等．基于PMSG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大功率追蹤控制，水利發(fā)電，2008，34(5)：1 001 03 F P．The emergence of trading and risk management in liberalized electricity markets[J]．Energy Policy，2002，30(10)：449459． M，Palmer A，Masiello R，et a1．Managing market risk in energy[J]．IEEE Trans on Power Systems，2003，l8(2)：494502．致謝致謝本論文是在***老師的嚴(yán)格要求和精心指導(dǎo)下完成的，值此論文脫稿之際，致以我最誠摯的謝意。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，閆老師淵博的知識(shí)、敏銳的洞察力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和豐富的經(jīng)驗(yàn)都給我留下了深刻印象，使我系統(tǒng)的掌握了科學(xué)研究的基本手段、方法，令我受益終身。該論文的完成，還離不開實(shí)驗(yàn)室其他同學(xué)的幫助與支持，和他們一起研究科研難題，分享生活的快樂，使得苦悶的科研生活變得不再乏味。在半年的學(xué)習(xí)和生活中，他們給予我很大的幫助和支持。最后，再次將我誠摯的謝意獻(xiàn)給所有幫助過我的老師、同學(xué)、親人和朋友！謝謝你們！燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）附錄1 開題報(bào)告一、綜述本課題國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義 能源是支持世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素和戰(zhàn)略資源。人類社會(huì)發(fā)展的歷史與能源開發(fā)和利用水平密切相關(guān)。每次新型能源的開發(fā)都使人類經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。在21世紀(jì)，能源結(jié)構(gòu)也正孕育著重大的轉(zhuǎn)變。20世紀(jì)的兩次世界范圍內(nèi)的石油危機(jī)，使人們意識(shí)到尋求和發(fā)展可以替代化石燃料的其他能源的重要性和緊迫性，世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)能源供應(yīng)提出了穩(wěn)定持續(xù)增長的要求。 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。為了實(shí)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。風(fēng)力發(fā)電作為一種新型的可再生能源，是全球范圍內(nèi)增長最快的一種能源形式，具有環(huán)境友好、技術(shù)成熟、全球可行的特點(diǎn)，在世界各地得到越來越廣泛的應(yīng)用H1。風(fēng)能安全、清潔、資源豐富、取之不竭，且不同于化石能源，是一種永久性大量存在的本地資源，可以為我們提供長期穩(wěn)定的能源供應(yīng)；同時(shí)沒有燃料風(fēng)險(xiǎn)、更沒有燃料價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)、不產(chǎn)生碳排放。 中國資源綜合利用協(xié)會(huì)可再生能源專業(yè)委員會(huì)與NREL合作，在UNEP的支持和資助下，對(duì)中國部分地區(qū)的風(fēng)力資源進(jìn)行了詳細(xì)的測算，初步結(jié)論是不包括新疆、西藏等西部地區(qū)，風(fēng)能密度在300瓦／平方米以上的陸地面積超過65萬平方公里，可以安裝風(fēng)力電機(jī)組37億千瓦；風(fēng)能密度400瓦／平方米以上的陸地面積超過28萬平方公里，可以安裝14億千瓦的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備；如果再考慮海上風(fēng)能資源開發(fā)潛力，可能超過20億千瓦的發(fā)電裝機(jī)和4萬億～5萬億千瓦時(shí)的電量?晦兒引?？梢?，我國的風(fēng)能資源是十分豐富的，而且風(fēng)力發(fā)電具有無污染、施工周期短、投資靈活、占地少、造價(jià)低等顯著優(yōu)勢。綜合資源、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保各因素，具有大規(guī)模開發(fā)利用前景的風(fēng)力發(fā)電是解決我國電力和能源緊缺的重要戰(zhàn)略選擇。二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題通過查閱相關(guān)資料對(duì)本課題有初步了解，知道研究本課題所需掌握的知識(shí)框構(gòu)：風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)變速運(yùn)行原理，最大功率跟蹤控制原理和方法。確定自己需要做哪些理解，工作，同時(shí)對(duì)自己所需解決的問題有個(gè)清楚的脈絡(luò)。我解決的主要問題有： 掌握直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大功率跟蹤控制的原理 (1)最佳葉尖速比法 最佳葉尖速比法的基本思想是當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，通過測量風(fēng)速和風(fēng)力機(jī)固有特性計(jì)算出此時(shí)的最佳轉(zhuǎn)速，并實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速使其始終運(yùn)行于該最佳轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能跟蹤。該方法需要測量風(fēng)速、轉(zhuǎn)速還需要知道風(fēng)力機(jī)固有的葉尖速比曲線，由于風(fēng)速的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測量較為困難，因此該方法在實(shí)際應(yīng)用中存在一些問題。但由于該方法是最大功率跟蹤的最直接實(shí)現(xiàn)思想，在風(fēng)速測量精確的前提下，具有很好的準(zhǔn)確性和反應(yīng)速度．因此該方法仍然獲得了一定應(yīng)用。 (2)功率反饋法 功率反饋法的基本思想當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，首先測量得到轉(zhuǎn)速，根據(jù)風(fēng)力機(jī)同有的最優(yōu)功率曲線計(jì)算此時(shí)的發(fā)電機(jī)輸出參考功率，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行功率調(diào)節(jié)保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行在最優(yōu)功率曲線上實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能跟蹤。該方法無需測量風(fēng)速，但需測量轉(zhuǎn)速，還需知道風(fēng)力機(jī)固有的最優(yōu)功率曲線。相比速度控制，該方法省去了風(fēng)速測量。 (3)登山搜索算法 登山搜索算法原理：給風(fēng)力機(jī)施加人為的轉(zhuǎn)速擾動(dòng)，然后通過測量風(fēng)力機(jī)輸出功率的變化來自動(dòng)搜索發(fā)電機(jī)的最優(yōu)轉(zhuǎn)速點(diǎn)。 利用MPPT控制策略設(shè)計(jì)一個(gè)適合于直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的變流器 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(diǎn)，在不控整流器和并網(wǎng)PWM變換器之間可以加入一級(jí)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。 B00ST電路模型分析如圖2 設(shè)整個(gè)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。當(dāng)功率開關(guān)S0導(dǎo)通時(shí)．電源向電感充電，同時(shí)電容向負(fù)載供電，設(shè)導(dǎo)通的時(shí)間為ton，此段時(shí)間電感上儲(chǔ)存的能量為UdciIdclton。當(dāng)功率開關(guān)截止時(shí)電源電感共同向電容C充電并向負(fù)載傳送能量，設(shè)功率開關(guān)截止的時(shí)間為toff在此段時(shí)間電感上釋放的能量為（UdcoUdci）Idcltoff因電感和電容數(shù)值均較大，因此在充放電過程中可以認(rèn)為充電電流和電容電壓均保持不變。當(dāng)電路處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電感儲(chǔ)存的能量和釋放的能等即UdciIdclton=(UdcoUdci)Idcltoff,Udci=Udco(1D),Idcl(1D)=Idco。由于D≤1，因此該電路是升壓電路。該電路之所以能使輸出電壓高于輸入電壓，關(guān)鍵在于兩個(gè)原因：一是電感儲(chǔ)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。通過調(diào)節(jié)占空比D可以靈活地調(diào)節(jié)輸出電壓，可以有效地將發(fā)電機(jī)出口較低且變化的電壓變換為較高且穩(wěn)定的電壓。 建立數(shù)學(xué)模型。 利用Ｍａｔｌａｂ/ｓｉｍｕｌｉｎｋ軟件對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真研究三、研究步驟、方法及措施 ：一方面對(duì)這個(gè)課題做一個(gè)深刻的理解，另一方面對(duì)以前學(xué)過的知識(shí)在在再次學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)之上再整合一下，把以前學(xué)過的知識(shí)運(yùn)用起來，對(duì)課題評(píng)一下。制定研究方案和專題研究計(jì)劃，搜索、整理、歸納研究中所獲得的文獻(xiàn)資料，以及怎樣開展研究等等。 ：這個(gè)階段是個(gè)漫長的過程，在上一階段對(duì)研究中所要用的的工作原理及系統(tǒng)功能構(gòu)成有了印象，主要是完成主電路的和控制電路方案選擇，對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行理論分析，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)與仿真研究。 ：整理研究所有資料，以及參考實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并與理論比較，撰寫論文。 方法及措施： 1．文獻(xiàn)資料研究法，查閱與課題相關(guān)的資料，學(xué)校圖書館和學(xué)校電子圖書庫，利用網(wǎng)絡(luò)，搜集材料，有放矢的。 ，在仿真過程，有效利用電腦軟件比如 matlab、simulink和等等做好仿真。 ，通過定量計(jì)算把研究電路中各個(gè)部分環(huán)節(jié)整合成建立模型，進(jìn)行近似的理論值計(jì)算。 4．咨詢法，.遇到不懂的地方，向老師和同學(xué)請(qǐng)教，在獨(dú)立完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的前提下，在一定程度上與同學(xué)合作。四、研究工作進(jìn)度 1.（1—4周）查閱資料，學(xué)習(xí)理論知識(shí)，了解題目概況、工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成。 2.（5—8周）完成主電路和控制電路方案選擇，對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行理論分析。 3.（9—12周）系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)與仿真研究。 4.（13—16周）系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)研究。 5.（17—18周）整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并與理論比較，撰寫論文。 主要參考文獻(xiàn) 【1】葉杭冶．風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)【M】．北京機(jī)械工業(yè)出版社，2006． 【2】薛清梅．大型海上風(fēng)力發(fā)電的開發(fā)【J】．發(fā)電設(shè)備，2007，2：161．163． 【3】劉吉輝．大型陸上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)綜述【J】．上海節(jié)能，2006，6：53．55， 【4】馬曉爽．風(fēng)力發(fā)電發(fā)展簡史及各類型風(fēng)力機(jī)比較概述【J】．應(yīng)用能源技術(shù)，2007，117(9)：24．27． 【5】閔英光．風(fēng)力發(fā)電設(shè)備發(fā)展的大型化海洋化【J】．上海大中型電機(jī)，2007，2：14． 【6】劉細(xì)平．風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究及發(fā)展【J】．微電機(jī)，2007，40(4)：76—79． 【7】潘文霞，艾斯卡爾，史林軍等．變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制方案的分析與比較．太陽能，2004，6：4548． 【8】杜新梅，劉堅(jiān)棟，李泓．新型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)．高電壓技術(shù)，2005，l：6365． 【9】王豐收，沈傳文，孟永慶．基于MPPT算法的風(fēng)力永磁發(fā)電系統(tǒng)的仿真研究．電氣傳動(dòng)，2007，37(1)：610 【10】徐大平，肖運(yùn)啟，呂躍剛，李煒．基于模糊邏輯的雙饋型風(fēng)電機(jī)組最優(yōu)功率控制．太陽能學(xué)報(bào)，2008，29(6)：64465l 【11】賈要勤，曹秉剛，楊仲慶．風(fēng)力發(fā)電的MPPT快速響應(yīng)控制方法，太陽能學(xué)報(bào)，2004，25(2)：17l176【12】薛娟妮，馬鵬．風(fēng)電系統(tǒng)最大功率捕獲分析．裝備制造技術(shù)．2008，2：4244 【13】薛衍，朱瑞兆，楊振斌等．中國風(fēng)能資源儲(chǔ)量估算[J]．太陽能學(xué)報(bào)，2001，22(2)：167170． 【14】 Sioshansi F P．The emergence of trading and risk management in liberalized electricity markets[J]．Energy Policy，2002，30(10)：449459． 【15】 Maxime R．Dobuis．Review of electromechanical conversion in wind turbinesln：Group Electrical Power Processing．Nederland，2000，7073\附錄2 文獻(xiàn)綜述 課題國內(nèi)外現(xiàn)狀 風(fēng)力發(fā)電的不斷發(fā)展過程中，根據(jù)控制方式不同出現(xiàn)了恒速恒頻與變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)就是當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以相應(yīng)地改變，同樣能保證輸出電能的頻率恒定，從而提高了風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率。如何實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，一直是風(fēng)電機(jī)組控制中的熱點(diǎn)問題。 研究主要成果 在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)方面，目前實(shí)際運(yùn)用的技術(shù)主要有： (1)定槳距風(fēng)力發(fā)電技術(shù) 定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：槳葉與輪轂的連接是固定的，即當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化。 (2)變槳距發(fā)電技術(shù) 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與定槳距