力发电机组的效率得以提高然后用过定的装置进行无功功率补偿。直驱永磁同步发电机的模拟假设相绕组对称转子磁场定子电流分布均对称不考虑齿槽换相过程，以及电枢反应等影响永磁同步发电机的电磁转矩方程与运动方程为通常认为，然后得出再在同步旋转坐标系下，对永磁同步发电机组的数学模型进行构建，为在式和中，为定子侧电压的轴分量为定制绕组的轴电感为定子侧电流的轴分量为定子电阻，为极对数。永磁同步发电机两相旋转坐标系向量图，见图所示。图永磁同步发电机两相旋转坐标系向量图依据式，利用模拟，如图所示图永磁同步发电机仿真模型直驱永磁同步发电机的仿真根据图，本文利用，实现对永磁同步发电机的工作情况的仿真。参数的设定为轴电感与轴电感均为，发电机的额定功率为，内阻为，极对数为，转动惯量为，磁链大小为，转动粘滞系数为。在仿真过程中，对于三相不控整流桥和电容滤波，都要接于发电机。机械转矩设为，负载电阻设为，仿真图如图所示。图转速波形图图相电压波形图相电流波形风力发电系统主电路拓扑对于变流器，本文常采用不可控整流逆变的方案如图，首先，低速永磁发电机会发出交流电它的频率幅值是均变化的通过电力电子装置变换为三相恒幅交流电最后，接至电网。所以，实现目的方法是通过中间电力电子的变化环节，控制系统的有功和无功功率。图不可控整流逆变图所示的不可控整流逆变电路是三级变换，从构成的整流器来看，其优点是实现相对容易，控制简单，可靠性高而且，对于永磁同步发电机，实现对其无速度传感器的控制也更方便，成本也较低。所以，本文采用不可控整流逆变的方案。本章总结本章首先探究了风力发电的原理，然后利用对风速风力机和永磁同步发电机进行了模拟和仿真，并验证了这种模拟的可行性。本章最后对风力发电主电路拓扑进行了分析与选择。风力发电系统最大功率追踪方法及仿真研究最大风能追踪的控制方法功率信号反馈叶尖转速比控制三点比较法爬山搜索法等。功率信号反馈法功率信号反馈法捕获最大风能的原理如下通过前面的分析可知，在任何风速下，我们只要调节风力机转速，使其叶尖速比满足，这样，风力机就在下运行，进而获得最大功率。叶尖速比控制法根据本文风力发电机的空气动力学特性可知，假定种风速，取不同的转速计算出相应的叶尖速比，得出在该风速条件下风力机的输出机械功率转速曲线图。再假定不同的风速，重复上面的步骤，就可以得出图所示的曲线，其中。图风力机输出机械功率转速曲线关系图由图可知，在不同风速下，将这些峰值点连起来，就构成了功率的最佳曲线。通过分析可知，要使风力机捕获最大风能，输出最大机械功率，就必须在风速变化时及时调节转速，保持最佳的叶尖速比。三点比较法该方法的原理为在定风速下，在风力机输出功率机械角速度关系曲线上，选取三个不同的机械角速度，并依次找出这三个点对应的机械功率，然后进行比较,进而追踪最大风能。在三个机械角速度的工作过程中，可能出现如图图所示的情形其中图三点比较法的原理图根据图示，当出现图的情形时，则应该在之间进行调节当出现图的情形时，应该减少机械角速度当出现图的情形时使继续增加，进而实现最大功率的追踪。三点法的原理及工作过程在文献中有着详细的说明，并通过实验证明了该方法的可行性。这种方法的优点是简单易行，选取不同的三个机械角速度，找到对应的输出功率，就可准确快速地追踪到。爬山搜索法爬山搜索法是目前研究比较多的种控制方法，该方法的工作原理是，不停扰动转速，根据功率变化情况，改变下次转速的扰动方向。通常，爬山搜索法主要包括传统爬山搜索法变步长爬山搜索法和改进的爬山搜索法。本文主要对爬山搜索法进行分析与研究。三种爬山搜索法的分析传统爬山搜索法对于传统爬山搜索法，其工作过程如下首先，计算出当前风力机的功率，然后与功率上个控制周期的作比较，如果，使转速指令的扰动反号否则，不改变其符号。然后，将上个周期的转速指令和当前转速扰动值相加，得到新的转速指令值。对于，其符号的改变，在控制电路中，是通过对占空比的值进行调整来实现的。流程图如所示图流程图对于传统的爬山搜索法，步长是固定的，如果步长设置的太大，追踪最大功率的速度就会变快，但在最大功率点附近，输出功率会来回变化，不稳定如果设置的步长过小，虽然稳定性变好了，但跟踪速度又变慢了。变步长爬山搜索法图中给出了以占空比为自变量的风力发电机的输出功率特性曲线。在区，有为占空比，当且时,工作点正往最大功率处靠近，此时，需继续增加，以使系统工作在最大功率处当且时，说明工作点正背离最大功率处，为使系统工作在最大功率处需要减少。此方法的优点是能同时满足最大功率追踪过程中稳定性和快速性的要求但考虑到些参数的不确定性，以及风能的随机性，不能得到很理想的风能利用系数而且容易造成功率造成损失。图输出功率占空比关系曲线改进的爬山搜索法为了实现最大功率的快速追踪，在初始状态下，令，如果大于，应继续按原占空比扰动，因为这表明输出功率正在贾要勤风力发电实验用模拟风力机太阳能学报,徐甫荣大型风电场及风电机组的控制系统电气传动自动化,杨之俊基于的组合风速建模与仿真安徽电气工程职业技术学院学报,,,,,,,卞松江,潘再平,贺益康风力机特性的直流电机模拟太阳能学报贺益康,胡家兵风力机特性的直流电动机模拟及其变速恒频风力发电研究中的应用太阳能学报,,,,吴捷,许燕灏基于异步电动机的风力机风轮动态模拟方法华南理工大学学报,,,徐科变速永磁同步风力发电机交直流并网系统运行控制研究东南大学博士论文致谢本次做毕业论文，得到了老师的指导，同学的帮助和支持，特此致谢。感谢娄伟老师，在课题进行之中，得到了他的指导和教诲，使我在专业方面取得些进步。老师渊博精深的学识和勇于开拓的精神会使我终生受益，至此，谨向我的老师致以衷心的感谢以及崇高的敬意,衷心感谢所有关心支持和帮助我的老师同学和朋友,你们的关怀将是我在未来的学习生活中不断取得进步的强劲动力,董奎元年月日上坡如果小于，表明输出功率正位于最高点附近，并开始走下坡，此时应改变步长，否则，系统的输出功率就会在和之间震荡，不能得到最大输出功率，见图。图改进的变步长爬山搜索法原理图对于改进的变步长爬山搜索法，优点是仿真效果在固定的风速下比较理想，有良好的快速性，以及稳定性缺点是扰动步长在风速变化较慢时，会直保持在最小值处，不能实现最大功率的快速追踪。本章总结本章首先介绍了几种最大风能追踪的方法，着重介绍了爬山搜索法，并对其中的三种爬山搜索法进行了分析与对比。风力发电系统最大功率追踪仿真研究风力发电系统的仿真本文对直驱风力发电系统进行了仿真，其主电路采用的形式是风力机发电机三重并联电路负载。仿真模型见图，风力机的仿真参数与前面所述的相同，发电机的额定功率为千瓦，内阻为，轴和轴的电感均为，转动惯量为，磁链的大小为，极对数为，直流侧的滤波电容为，电感为，负载为，负载侧滤波电容为，开关频率为。图直驱风电系统仿真模型根据以上模拟，首先在不考虑控制的情况下，验证占空比的变化对系统功率的影响。模拟中，令风速为，在占空比为和时，风力机输出功率如图所示。图风力机输出功率由图可知风力机的输出功率随占空比而改变。对于输出功率，在占空比为时，为左右，在占空比为时，大概为。所以通过上图可以得出改变占空比，能使输出功率发生变化。这样，就可以通过调整占空比，实现了风力发电机最大功率追踪。三种爬山搜索法的仿真各种爬山搜索法都有优缺点，为了进步比较分析，用搭建了最大功率跟踪模块，然后将其代入到系统中，当风速由突变为时，对风力机功率的吸收情况进行观察。传统爬山搜索法的仿真首先对传统爬山搜索法也就是固定步长算法进行仿真，模块如图所示。图传统爬山搜索法模块在图所示系统中，引入个将最原始的个模块，对输出功率的情况进行观察。采样时间设置为下文的仿真也按此时间，初始占空比为，步长为。结果如图所示。图固定步长占空比扰动法的风力机输出功率从图中可以看出当风速稳定在时，根据计算可得，输出功率稳定在最大功率处当风速变为时，输出功率会快速上升，直至最大功率处。从图中也可以看出固定步长爬山搜索法的缺点是，在风速稳定时，对于输出功率，由于占空比不断变化，会有较大波动。图为固定步长扰动法占空比变化波形。图固定步长占空比扰动法占空比的波形从上图中可知对于占空比，当风速为时，在间波动而当风速变为时，能迅速跟踪风速变化，在间波动。所以，跟踪速度很快，但占空比波动比较大。变步长爬山搜索法的仿真首先，对变步长爬山搜索法进行建模，如图所示。图变步长占空比扰动法的模块然后将图模块整合到图所示系统中便可得到图的仿真结果。图变步长占空比扰动法的风力机输出功率从上图可知与固定步长的方法相比，不论稳定性，还是在快速性上，变步长爬山搜索法都有较大提高，但功率波动这问题依然没有得到解决。变步长扰动法占空比变化波形如图所示。图变步长占空比扰动法占空比的波形从上图可以看出风速为时，与固定步长相比，此方法占空比的变化范围为，因而可以得出，此方法追踪最大功率的效果要更好些。改进的变步长爬山搜索法的仿真首先，对改进的变步长爬山搜索法建模，如图所示图改进的变步长占空比扰动法的模块在图所示系统中，引入此模块。合理设置参数，进行仿真，可得风力机输出功率。如图所示。图改进的变步长占空比扰动法风力机输出功率从上图可看出功率波形相当平稳，有着更快的跟踪速度，功