转速的曲线就是最佳电功率曲线。将上述两组曲线绘在同幅图中图不同风速下的转速功率曲线和最佳功率曲线由上图可以看出，最佳功率曲线是在每个风速下输出最大功率点的连线，对应的转速即为每特定风速下为获得最大风能而对应的最佳转速。这样，系统实时测量转速和功率，在不同转速下，将对应的最佳功率和风力机的输出功率进行比较，以比较得到的误差信号来调节发电机的输出功率，使风力机沿着最佳转速功率曲线运行，即可使风机运行在最佳转速，最大限度的捕获风能。风力机发电机控制器最佳功率计算转速测量功率测量功率输出图最佳功率曲线控制原理图该方法无需测量风速，但需测量转速，还需知道风力机固有的最佳功率曲线。相比叶尖速比控制，该方法省去了风速测量，具有较好的效果和更好的实用价值，但对于不同的风力机，最大功率曲线需要事先通过仿真或试验测得，这会增加功率反馈控制难度和实际应用的成本。爬山搜索法爬山搜索算法是为了克服前两种算法的缺点而提出来的，它无需测量风速，也不需要事先知道具体风轮机的功率特性，而是施加人为的转速扰动，然后通过测量功率的变化来自动搜索发电机的最优转速点。其追踪最大风能的原理如图所示计算当前风力机的功率，并和上个控制周期的风力机功率比较，如果功率下降，那么将转速指令的扰动值反号，否则，保持其符号不变。最后将当前的转速扰动值和上个周期的转速指令相加就得到新的转速指令值。也就是说，当风车的功率直增加时，保持转速指令增加或减小的方向不变，当风车的功率减小时，原来转速指令在增加的就要变成减小，原来转速指令减小的就要变成增加，即将转速指令的扰动反号。在风力发电系统中，这种最大功率跟踪具有以下的缺点。固定的速度步长导致了旋转速度波动，风速快速变化时跟踪较慢逆变器死区时间引起转矩电流脉动，这会影响最大功率跟踪算法中的功率比较固定转速扰动产生的阶梯状变化的风力机转速指令值使得风力机的转速很不平稳扰动步长过大时，不可避免地出现在最大功率点附近振荡的现象，导致跟踪的最大功率点与实际值相差很大，降低了风能转换效率扰动步长过小时，降低跟踪的快速性。开始结束否是图传统爬山算法控制流程图爬山搜索算法虽然克服了最佳叶尖速比法和功率反馈法对风机特性参数的强依赖性的缺陷，但是它要求转速对风速变化具有瞬时响应特性，对于大型风力机的大惯性大时滞的特点，频繁的转速扰动并不能得到及时的响应，爬山搜索算法的实际控制效果并不理想。而我们在实验条件下对风力发电系统其他部分进行研究时，风速可以是给定的，因此本文将采用最佳叶尖速比法。本章小结了解了最大风能跟踪的理论基础，介绍了变速恒频风力发电系统三种常用的风能跟踪算法，即最佳叶尖速比法，功率反馈法和爬山搜索法，并将三种方法进行了对比，并提出了将叶尖速比法作为本文建立系统的控制方法。第四章风力发电系统的建模与仿真简介本章所用到的仿真软件是软件。是个集数值计算符号运算及图形处理等强大功能于体的科学计算平台。软件除了具有强大的科学计算功能出色的图形图像处理友好的编程环境之外，还提供了几十多个涉及众多工程应用领域的工具箱。下面仅将本章所用到的仿真软件和仿真工具箱做简单介绍。简介名字是由公司开发的个有重大影响的软件产品。它是种面向科学和工程计算的高级计算机语言，现已成为国际科技界公认的优秀的应用软件，在世界范围内广为流行和使用。该软件的特点是强大的计算功能计算结果和编程可视化及极高的编程效率，这是其他软件无与伦比之处。包含的几十个工具箱，涉及自动控制人工智能电力系统系统辨识模式识别动态仿真信号分析图像处理数值计算和分析等学科，广泛应用于通信工业控制电子电力机械汽车建筑财经生命科学等诸多工程技术领域。软件具有以下优势与特点提供了便利的开发环境。随着的商业化与软件的不断升级，的用户界面也越来越精致，更加接近于的标准界面，人机交互更强，操作也更简单。简单易用的程序语言。语言的语法特征类似于语言，具备了比较完备的程序调试功能有利于非计算机专业的技术人员使用。强大的科学计算和数据处理能力。提供了数以千计的，涉及众多工程技术领域的函数指令。通常只须调用个函数指令就可以完成许多工程应用中的复杂计算。如今，的计算功能优势已不局限于矩阵运算，它还体现在数值计算工程优化动态仿真等诸多方面。出色的图形处理功能。所具备的图形图像处理功能主要体现在二维曲线处理三维曲线处理图形的光照处理色度处理四维数据表现，图形动画等。应用广泛的模块集和工具箱。对许多专业领域都开发了功能强大的模块集或工具箱。般说来，用户可以直接利用工具箱完成计算仿真应用等工作，而不需要编写复杂的程序代码。工具箱所涉及的工程应用领域有样条拟合优化算法神经网络信号处理图像处理系统辨识控制系统分析电力系统仿真模糊逻辑等。实用的程序接口和发布平台。新版本的提供了较好的代码编译器，可以把文件编译成程序代码，以便于代码的移植。另外，还提供了与等软件的接口，使得这些软件之间的互访成为可能。模块化的设计和系统级的仿真。是的个分支产品，主要用来实现对工程问题的模型化和动态仿真。在所提供的仿真环境下，可以完成对信号处理通信设计电力系统仿真系统控制仿真等功能,。简介是个用来对动态系统进行建模仿真和分析的软件包，它支持线性和非线性系统，连续和离散时间模型，或者是两者的混合。系统还可以是多采样率的，比如系统的部分拥有不同的采样率。对于建模，提供了个图形化的用户界面，可以用鼠标点击和拖拉模块的图形建模。通过图形界面，可以像用铅笔在纸上画图样画模型图。包括个复杂的由接收器信号源线性和非线性组件以及连接件的模块库，当然也可以定制或者创建用户自己的模块。是个用来对动态系统进行建模仿真和分析的软件包，它支持线性和非线性系统，连续和离散时间模型，或者是两者的混合。系统还可以是多采样率的，比如系统的部分拥有不同的采样率。对于建模，提供了个图形化的用户界面，可以用鼠标点击和拖拉模块的图形建模。通过图形界面，可以像用铅笔在纸上画图样画模型图。包括个复杂的由接收器信号源线性和非线性组件以及连接件的模块库，当然也可以定制或者创建用户自己的模块。作为种图形化的仿真工具包，能够惊醒动态系统建模仿真和综合分析，可以处理线性和非线性系统，离散连续和混合系统，以及单任务和多任务系统，并在同系统中支持不同的变化率。由于环境使用户摆脱了深奥的数学推理的压力，也摆脱了烦琐的编程困扰，只需使用者具备相关的专业知识即可。因此，用户在此环境下对工程应用领域的仿真分析与计算变得较为简单。特别是对些研发工作而言，起到了缩短研发周期，提高设计的可靠性的作用,。永磁直驱风力发电系统建模风力机的建模直驱式风力机由于省去了齿轮箱，其运动方程为式中风力机的转动惯量风力机的转速风力机的气动转矩传动装置传给发电的扭矩由式和式得风力机的气动转矩为在中建立风力机的风速转矩模型，如图所示图风力机的风速转矩模型发电机的建模永磁风力发电机的模型般在坐标系下建立，坐标系是包括永磁同步电机在内的所有交流电机最常用的坐标系。电机转矩的产生，是由于定子磁链与转子磁链相互吸引作用而产生的。电机转矩的大小方向与定子磁链与转子磁链的幅值相位有关。为了便于分析，将坐标系定位于转子磁链之上，此时在轴方向为磁链方向，轴方向超前轴。电角度，这样就形成了个同步旋转的正交坐标系。电机所有交流变量都可以在这个坐标系中转化为直流量并投影于两个轴上，对两个轴上的分量分别控制，就控制了这个变量。内转子永磁同步电机的转子磁场由永磁体产生，是不可控制量，因此只需控制定子磁场，就可以控制电机电磁转矩。定子磁场中可变的部分是定子电流产生的电流励磁磁场，在坐标系内对定子电流的解耦控制，就实现了电机电磁转矩的控制，这也是矢量控制的实现方法。本文在同步旋转坐标系下建立的永磁同步发电机组数学模型为式中和分别为发电机的轴和轴电流了很多。在此，我要感谢我的指导老师，苏洪雨老师。在我开始毕业设计之前，因为我实习单位在的工作很忙，所以毕业设计开始的较晚，相对于其他同学来说，所剩的时间比较短。在这种情况下，苏洪雨老师建议我自己选择个适合自己的题目，然后由她把关，对我加以辅导。这让我能够做个与自己工作相关的毕业设计题目，更早地熟悉了自己以后的职业需求，为以后的工作添加了重要的砝码。在做毕业设计期间，苏老师不辞劳苦地帮我分析课题，指正我论文中的等等，这让我能够顺利地完成了本次的毕业设计。在我即将毕业的时候，我还要感谢剑桥学院，在我四年的学习生活中，是剑桥学院这个大家庭，给了我家的感觉，给了我奋斗的勇气，让我在优秀的环境里学到了许多东西，为自己以后的人生道路打下了坚实的基础。再过段时间，我就要走向社会，奔赴自己的工作岗位，我希望能用在大学里学到的知识，去为我们的国家做出自己的贡献。东北大学硕士学位论文攻读硕士期间发表的论文学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者本人签名年月日学位论文出版授权书本人及导师完全同意中国博士学位论文全文数据库出版章程中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程以下简称章程，愿意将本人的学位论文提交中国学术期刊光盘版电子杂志社在中国博士学位论文全文数据库中国优秀硕士学位论文全文数据库中全文发表和以电子网络形式公开出版，并同意编入中国知识资源总库，在中国博硕士学位论文评价数据库中使用和在互联网上传播，同意按章程规定享受相关权益。论文密级公开保密年月至年月保密的学位论文在解密后应遵守此协议作者签名导师签名年月日年月日东北大学硕士学位论文攻读硕士期间发表的论文独创声明本人郑重声明所呈交的毕业设计论文，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明