【正文】 則式（ 23）可以得出 式中 ane 、 bne 、 e —— 三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，單位 V； anu 、 bnu 、 u —— 三相對(duì)中性點(diǎn)的電壓，單位 V ai 、 bi 、 ci —— 三相電流，單位 A aaL 、 bbL 、 ccL 、 sL —— 各相繞組自感，單位 mH； abL 、 acL 、 bcL 、 baL 、 caL 、 cbL —— 為繞組之間的互感，單位 mH； R—— 各相繞線電阻，單位 ? 根據(jù)電氣基礎(chǔ)知識(shí)可以得到： 式中 eT —— 發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，單位 N由參考文獻(xiàn) [16][18]，其等效電路如圖 22 所示。每相之間互差 120 電角度 [16][18]。由公式（ 21）可知，為了發(fā)電機(jī)輸出功率平穩(wěn)，減小系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，則發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)最好是梯形波。電力電子技術(shù)為新型控制方案平臺(tái)的建立奠定了基礎(chǔ)，在梯形波永磁同步電機(jī)中，電子功率管的任務(wù)是通過(guò)處理并控制電能的形態(tài)和電能的流動(dòng)，向用戶提供適合其負(fù)載的最佳電壓和電流，滿足負(fù)載的需要，以達(dá)到節(jié)約能源或滿足工藝要求的目的。直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)三相輸出整流后要經(jīng)過(guò)大電感濾波，則電機(jī)三相電流被強(qiáng)制為梯形波電流。其基本要求是在風(fēng)力機(jī)起動(dòng)后，發(fā)電機(jī)應(yīng)當(dāng)能夠快速跟蹤系統(tǒng)響應(yīng)，即在低 風(fēng)速范圍內(nèi)仍然能夠捕獲風(fēng)能。同時(shí)，變頻器的使用，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以在較寬的風(fēng)速范圍內(nèi)運(yùn)行，提高系統(tǒng)的效率。因此，風(fēng)力機(jī)直接驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)發(fā)電就是針對(duì)于風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速較低的狀況而設(shè)計(jì)的方案，省去齒輪箱，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加系統(tǒng)的可靠性。在大力開(kāi)展風(fēng)能利用的今天，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量正在不斷增加，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)組的發(fā)展。國(guó)際先進(jìn)的無(wú)齒輪箱直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，用低速多極永磁發(fā)電機(jī)，并使用一臺(tái)全功率變 頻器將頻率變化的風(fēng)電送入電網(wǎng)。 直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī)模型 永磁同步電機(jī)概述 在傳統(tǒng)的風(fēng)力 發(fā)電系統(tǒng)中，有過(guò)許多控制方案，其中包括異步電機(jī)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(wú)刷雙饋發(fā)電系統(tǒng)），同步電機(jī)發(fā)電（變槳距電勵(lì)磁同步發(fā)電系統(tǒng)、變 電系統(tǒng)中的應(yīng)用。 8 因此，此種結(jié)構(gòu)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之所以引起廣泛的注意，主要是因?yàn)樵谡麄€(gè)系統(tǒng)中，可以省去風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)之間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 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(jī)，將發(fā)出的電壓與頻率隨風(fēng)速變化，交流電通過(guò)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(guò) 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)。本文是針對(duì)直驅(qū)式梯形波永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，最大能量捕獲裝置的研究。 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)涉及到空氣動(dòng)力學(xué)、機(jī)械傳動(dòng)、自動(dòng)控制、電機(jī)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]。 7 第 2 章 永磁同步電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)總體方案 引言 在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的最重要部分便是風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它已經(jīng)成 為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。 （ 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(jì)方案 （ 6） 第六章 作出了仿真驗(yàn)證本文理論部分。 （ 3） 第三章 做出了直驅(qū)式系統(tǒng)變換裝置的主電路拓?fù)洌治銎鹪?，器件選型和選型依據(jù)。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(lèi)，以及優(yōu)缺點(diǎn)。 本文主要內(nèi)容及其設(shè)計(jì)思路 在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，最重要部分便是風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它已經(jīng)成為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。其缺點(diǎn)就是需要兩個(gè)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(gè)趨勢(shì)。該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1 永磁同步發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、損耗小、效率高、可靠性高的特點(diǎn)。 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(chǎng)效應(yīng)晶體管兩者特點(diǎn)，復(fù)合型電力電子器件，既具有工作 速度快，驅(qū)動(dòng)功率小，優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)。直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 13 所示。使用直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)，在風(fēng)力機(jī)與交流發(fā)電機(jī)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(shí)具有更高效率。要實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)組并網(wǎng)，需要保證機(jī)組電壓的幅 值、頻率、相位、相序與電網(wǎng)保持一致。 因此，目前的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般是這種變槳距控制雙饋式風(fēng)力機(jī)，但其主要缺點(diǎn)在于控制方式相對(duì)復(fù)雜，機(jī)組價(jià)格昂貴。 圖 12 雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，是目前世界各國(guó)風(fēng)力發(fā)電研究熱點(diǎn)之一，我國(guó)已有部分地區(qū)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，開(kāi)始使用這種發(fā)電系統(tǒng) [1]。與恒速風(fēng)力機(jī)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(jī)在較大范圍內(nèi)，按最佳參數(shù)運(yùn)行，以提高風(fēng)能利用率。當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行在，超同步速度時(shí)，發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子同時(shí)，向電網(wǎng)輸送能量；而當(dāng)運(yùn)行在亞同步速度時(shí)，電網(wǎng)通過(guò)變頻器向轉(zhuǎn)子輸送功率。 4 圖 11 三相同步發(fā)電機(jī)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(jī)，是變速運(yùn)行風(fēng)電系統(tǒng)一種，其模型如圖 12 所示，包括風(fēng)力機(jī)、齒輪箱、感應(yīng)發(fā)電機(jī)、 PWM 變頻器和直流側(cè)電容器等。采用變槳距調(diào)節(jié)方式。普通三相同步發(fā)電機(jī)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖 11 所示。該系統(tǒng)需要調(diào)速機(jī)構(gòu)和勵(lì)磁機(jī)構(gòu)，對(duì)同步發(fā)電機(jī)頻率、電壓和功率進(jìn)行有效的控制，否則可能會(huì)造成無(wú)功振蕩與失步，重載下尤為嚴(yán)重。同步發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中，由于它既能輸出有功功率，又能提供無(wú)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。以下給出了當(dāng)今幾種并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 [3]，并對(duì)它們優(yōu)缺進(jìn)行了概述?？刂品绞綇膯我欢嗍倏刂?，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。風(fēng)速變化會(huì)引起風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，如果沒(méi)有必要機(jī)械或電氣控制，則由風(fēng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速也將隨之改變，因而發(fā)電機(jī)輸出電壓及頻率都，將不是恒定的。同等容量的裝機(jī)，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(jìn) 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(jì)性也逐漸提高。既減輕重量、降低費(fèi)用，又提高效率；塔架高度上升，在 50m 高度捕捉風(fēng)能要比 30m 高處多 20%； （ 3） 變槳距調(diào)節(jié)方式迅速，取代失速功率，調(diào)節(jié)方式，變速恒頻并網(wǎng)機(jī)組，能隨風(fēng)速大小隨意旋轉(zhuǎn)，已經(jīng)發(fā)展成為當(dāng)今主流產(chǎn)品，無(wú)齒輪箱系統(tǒng)，市場(chǎng)份額也在迅速擴(kuò)大； （ 4） 海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)取得進(jìn)展。進(jìn)入試運(yùn)行階段，并已經(jīng)開(kāi)始 10MW 風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)和研制。已經(jīng)從 2021 年的 500~1000kW 增加到。這些行動(dòng)主要有：承風(fēng)計(jì)劃、雙加工程、國(guó)債風(fēng)電項(xiàng)目、風(fēng)電特許權(quán)項(xiàng)目 [4]等。 近年來(lái)，和光伏電池配合的，風(fēng) — 光互補(bǔ)系統(tǒng)，容量可達(dá)數(shù)百瓦到數(shù)十千瓦，能完成給，農(nóng)牧民家庭，以及海島、邊防站、通訊臺(tái)站、輸 油管道站點(diǎn)等重要設(shè)施，獨(dú)立供電任務(wù)，已逐步得到越來(lái)越廣泛的重視和應(yīng)用 [3]。但有實(shí)用價(jià)值新型風(fēng)力機(jī)研制到 60~70 年代，才開(kāi)始起步。與此同 時(shí)，世界前五位風(fēng)電市場(chǎng)的德國(guó)、西班牙、美國(guó)、印度以及丹麥風(fēng)電裝機(jī)占世界份額呈下滑趨勢(shì)，由 2021 年的 82%降至 2021 年的 71%，新增份額由 79%降至 53%。風(fēng)電裝機(jī)超過(guò) 100 萬(wàn)千瓦的國(guó)家已由 2021 年 11 個(gè)增加到 13 個(gè)，其中 8 個(gè)歐洲國(guó)家（德國(guó)、西班牙、意大利、丹麥、英國(guó)、荷蘭、葡萄牙、法國(guó)）、 3 個(gè)亞洲國(guó)家（印度、中國(guó)、日本）和 2 個(gè)美洲國(guó)家（美國(guó)、加拿大）。風(fēng)電繼續(xù)呈現(xiàn)地區(qū)發(fā)展多樣化特點(diǎn)。美國(guó) 20 世紀(jì) 30 年代還有許多電網(wǎng)未通達(dá)地方，獨(dú)立運(yùn)行小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在實(shí)現(xiàn)農(nóng)村電氣化方面起了很大作用。也許僅僅依靠風(fēng)電，不能完全解決這些問(wèn)題，但是它可能是解決問(wèn)題，主要技術(shù)選擇之一。在各種各樣的選擇中，風(fēng)電也許是最值得考慮的選擇。面對(duì)化石燃料日益枯竭的威脅，人們都在討論后續(xù)能源的續(xù)接問(wèn)題。風(fēng)電是可再生能源技術(shù)中最成熟的一種，對(duì)于應(yīng)對(duì)那些傳統(tǒng)能源有關(guān)迫在眉睫環(huán)境和社會(huì)影響，風(fēng)力發(fā)電是個(gè)切實(shí)可行、立竿見(jiàn)影解決方案 [1]。風(fēng)力發(fā) 電是近期內(nèi)技術(shù)成熟、具有大規(guī)模發(fā)展?jié)摿稍偕茉醇夹g(shù)，在遠(yuǎn)期有可能成為世界重要替代能源。 21世紀(jì)是科技、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)快速發(fā)展世紀(jì)，也將是從化石燃料時(shí)代向具有持續(xù)利用能力可再生能源時(shí)代過(guò)渡，如何實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展，從而保持經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)成為世界各國(guó)必須解決問(wèn)題。 The simulation 1 第 1 章 緒 論 引言 穩(wěn)定、可靠和潔凈能源供應(yīng)是人類(lèi)文明、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的重要保障，煤炭、石油、天然氣等化石能源支持了 19 世紀(jì)和 20 世紀(jì)兩百年人類(lèi)文明的進(jìn)步和發(fā)展。 System modulation。 關(guān)鍵詞 ：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)； ACDCAC 變換器；控制策略；雙閉環(huán)調(diào)節(jié)；仿真 The research and design of the wind power electricity transformation mechanism Abstract： Wind energy is renewable energy widely used by more and more people’ attention, the variable speed constant frequency wind power generation is the trend of modern wind power development. In variable speed constant frequency wind power generation, the direct driving direction system, which is a directdrive wind turbines generate electricity voltage amplitude and frequency change with wind speed. Obviously power is unstable, and many other problems. To solve the above problems, this paper proposed the direct drive that the key technology in the field of variable speed constant frequency wind power generation has carried on the prehensive study from theory to simulation and analysis, the detailed analysis of the characteristics of the direct drive wind power system and wind power system control. on the basis of the establishment of permanent mag synchronous generators, matrix converter main circuit topology, based on space vector modulation of matrix converter is proposed algorithm, the algorithm can achieve good voltage amplitude power factor Ⅰ Ⅱadjustment, the system main circuit is mainly the double closed loop outer ring, internal ring current (voltage) to realize electricity power regulation, in order to improve the system control performance, the design of the system through the voltage protection circuit, verified by the simulation, th