下载文档原格式
直驱式风力发电机组变桨系统控制直驱式风力发电机组是风力发电机的一种，这里我们对直驱风力发电机组的变桨系统控制进行简单探讨。
1 直驱式风力发电机组简介直驱永磁风力发电机取消了沉重的增速齿轮箱，发电机轴直接连接到叶轮轴上，转子的转速随风速而改变，其交流电的频率也随之变化，经过置于地面的大功率电力电子变换器，将频率不定的交流电整流成直流电，再逆变成与电网同频率的交流电输出。
无齿轮箱直驱风力发电机，多沿用低速多极永磁发电机，并使用一台全功率变频器将频率变化的风电送入电网。
直接驱动式风力发电机组由于没有齿轮箱，零部件数量相对传统风电机组要少得多。
其主要部件包括：叶轮叶片、轮毂、变桨系统、发电机转子、发电机定子、偏航系统、测风系统、底板、塔架等（如图 1.1所示）。
1.1直驱型风力发电机总体设计方案直驱型风力发电机组采用水平轴、三叶片、上风向、变桨距调节、直接驱动、永磁同步发电机并网的总体设计方案，相对于传统的异步发电机组其优点如下：（1）由于传动系统部件的减少，提高了风力发电机组的可靠性和可利用率；（2）永磁发电技术及变速恒频技术的采用提高了风电机组的效率（3）机械传动部件的减少降低了风力发电机组的噪音；（4）可靠性的提高降低了风力发电机组的运行维护成本；（5）机械传动部件的减少降低了机械损失，提高了整机效率；（6）利用变速恒频技术，可以进行无功补偿；（7）由于减少了部件数量，使整机的生产周期大大缩短。
2 直驱风力发电机组变桨特性叙述直驱型风力发电机组为变桨距调节型风机，叶片在运行期间，它会在风速变化的时候绕其径向轴转动。
因此，在整个风速范围内可能具有几乎最佳的桨距角和较低的切入风速。
在高风速下，改变桨距角以减少功角，从而减小了在叶片上的气动力。
这样就保证了叶轮输出功率不超过发电机的额定功率。
对于变桨距调节后对的功率特性的影响等等问题，这里我们将对机组叶片上的气动性能进行分析，从而进一步的了解变桨后，对风力发电机组的性能影响2.1 不同变桨角度下的特性根据叶素理论，当一个叶素在流畅中运动时，叶素的上表面是负压力（吸力）；下表面是正压力。
带有多重电枢绕组混合励磁发电机的直驱式风能转换系统黄素荣1*，洪文成1，赵一凡2，张琪1中国上海大学自动化系，200072中国上海达君科技有限公司，200120摘要——为了扩大风能捕获范围,促进其全球效率和容错性以及降低开发成本,在这篇论文中，对一种新的带有多重电枢绕组混合励磁发电机的直驱式风能转换系统进行了阐述。
同时对发电机的结构进行了介绍，对两家公司系统操作原则和控制策略进行了详细分析。
借助于从Ansoft-Simplorer中得到精确的参数，我们对系统的特点进行仿真,并利用Matlab / Simulink实验证明。
1导言随着自然环境的恶化和资源的枯竭,发展高效率、高可靠性、低成本的风能转换系统(WECS)具有重大的现实意义。
为了减少发电机的尺寸，风力漩涡机通过加速变速箱连接到发电机。
然而，变速箱是昂贵的，需要定期保养。
直驱式风能转换系统（DDWECS）的发展是一种有效的方法，提高了算法的全局有效性和可靠性。
因此，它已引起许多关注，例如，系统的拓扑结构，机械结构，最大功率点跟踪（MPPT），低电压穿越（LVRT）等。
一方面,许多制造商对系统的拓扑结构和机器的结构很重视。
在[1]中，一种适用于PM风力发电机的转换器拓扑结构的论述，在拓扑结构，成本，效率，功耗和控制复杂性的基础上被提了出来，并且做了比较。
在[2]中，我们选择七个PM风力发电机的配置作为比较因素，包括径向磁通和轴向磁通机。
在[3]中介绍了一个新的设计方案，即带有大量的极对数和少量的槽的PM风力发电机。
另一方面,风力涡轮的电力系统稳定性和控制算法吸引了人们浓厚兴趣[4, 5]。
在[4]中，一种新的控制方法及相关电力转换器拓扑最大功率跟踪被提了出来，它不需要检测风力和发电机的转速。
在[6]中，一种允许涡轮机承受严重的电压降的控制方案被设计了出来，并且做了建模仿真。
这些研究报告对风能转换系统（WECS）的发展已经有了很大的影响。
直驱式风能转换系统（DDWECS）存在一个共同的缺点，就是需要大容量的电力电子转换器。
《基于永磁同步电机的直驱型风力发电系统控制策略的研究》篇一一、引言随着环境保护意识的提高和可再生能源的快速发展，风力发电已成为一种重要的清洁能源。
在风力发电系统中，直驱型风力发电系统因结构简单、维护方便等优点受到广泛关注。
而基于永磁同步电机的直驱型风力发电系统，因其高效率、高可靠性及低成本的特性，成为风力发电领域的研究热点。
本文将深入研究基于永磁同步电机的直驱型风力发电系统的控制策略，以期提高系统的性能和稳定性。
二、系统概述基于永磁同步电机的直驱型风力发电系统主要由风轮机、永磁同步发电机（PMSM）、整流器、逆变器及控制系统等部分组成。
其中，永磁同步电机作为发电机的核心部分，其性能直接影响到整个系统的运行效率。
直驱式结构省略了齿轮箱等传统机构，使得系统结构更加简单，降低了维护成本。
三、控制策略研究（一）最大功率点跟踪（MPPT）控制策略最大功率点跟踪是风力发电系统中的重要控制策略，其目的是使风力发电机在风速变化时，始终保持在最佳工作点，以获取最大功率。
针对永磁同步电机直驱型风力发电系统，MPPT控制策略主要通过调整电机的转速和输出电压，实现最大功率的输出。
（二）矢量控制策略矢量控制是一种先进的电机控制方法，它通过对电机电流的矢量进行控制，实现对电机转矩的精确控制。
在直驱型风力发电系统中，矢量控制策略可以根据风速的变化，实时调整电机的输出转矩和转速，使系统始终保持最佳工作状态。
（三）无传感器控制策略无传感器控制策略是近年来研究的热点，它通过检测电机的电压和电流信号，估算电机的转速和位置信息，从而实现对电机的精确控制。
在直驱型风力发电系统中，无传感器控制策略可以省去机械传感器，降低系统的复杂性和成本。
四、仿真与实验分析为了验证所提控制策略的有效性，本文进行了仿真和实验分析。
首先，利用仿真软件搭建了基于永磁同步电机的直驱型风力发电系统模型，并对各种控制策略进行了仿真分析。
其次，通过实验对仿真结果进行了验证。
直驱式永磁同步风力发电机组建模及其控制策略一、本文概述随着全球能源需求的持续增长和环境保护的日益紧迫，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，正受到越来越多的关注。
直驱式永磁同步风力发电机（Direct-Drive Permanent Magnet Synchronous Wind Turbine Generator, DDPMSG）作为一种新型风力发电技术，以其高效率、高可靠性以及低维护成本等优点，逐渐成为风力发电领域的研究热点。
本文旨在对直驱式永磁同步风力发电机组的建模及其控制策略进行深入研究。
文章将介绍直驱式永磁同步风力发电机的基本结构和工作原理，为后续建模和控制策略的研究奠定基础。
接着，文章将详细阐述直驱式永磁同步风力发电机组的数学建模过程，包括机械部分、电气部分以及控制系统的数学模型，为后续控制策略的设计提供理论支持。
在控制策略方面，本文将重点研究直驱式永磁同步风力发电机组的最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking, MPPT）控制和电网接入控制。
最大功率点跟踪控制旨在通过调整发电机组的运行参数，使风力发电机组在不同风速下都能保持最佳运行状态，从而最大化风能利用率。
电网接入控制则关注于如何确保发电机组在并网和孤岛运行模式下的稳定运行，以及如何在电网故障时实现安全可靠的解列。
本文还将探讨直驱式永磁同步风力发电机组的控制策略优化问题，以提高发电机组的运行效率和稳定性。
通过对控制策略进行优化设计，可以进一步减少风力发电机组的能量损失，提高风电场的整体经济效益。
本文将对直驱式永磁同步风力发电机组的建模及其控制策略进行总结，并展望未来的研究方向和应用前景。
通过本文的研究，可以为直驱式永磁同步风力发电机组的实际应用提供理论指导和技术支持，推动风力发电技术的持续发展和优化。
二、直驱式永磁同步风力发电机组的基本原理直驱式永磁同步风力发电机组（Direct-Drive Permanent Magnet Synchronous Wind Turbine Generator，简称DD-PMSG）是一种将风能直接转换为电能的装置，其基本原理基于风力驱动、机械传动、电磁感应和电力电子控制等多个方面。
直驱式永磁同步风力发电机最大功率跟踪的基本控制方法一、最大风能捕获控制的基本原理风能作用在风轮上，风能只有一部分可以被风轮吸收。
风力机从风能中捕获的功率Pw可表示为式中Pw——风力机从风能中捕获的风功率；ρ——空气密度；A——风力机扫风面积；v——风速；C p ——风力机的风能利用系数。
在桨距角一定的情况下，Cp是叶尖速比λ的函数，λ为式中ωw——风力机机械角速度；Rtur——风轮半径；v——风速。
在实际应用中常用风能利用系数Cp对叶尖速比λ的变化曲线表示该风轮的空气动力特性，如图7-4和图7-5所示。
图7-4 风轮气动特性（Cp-λ）曲线图7-5 永磁同步发电机不同转速从短路状态到开路状态的全特性曲线时就可以获得最大风能利当桨距角一定时，风力机运行于最佳叶尖速比λopt，此时风力机的转换效率最高，即用系数Cpmax式中ω——风力机的最优机械角速度；optλ——最佳叶尖速比。
opt成比例调节，以保持λ总在最优。
上式要求风轮机组的转速ω可以随风速v1在直驱式永磁同步风力发电系统中，风力发电机与风力机直接相连，风力发电机组的动态特性可以用一个简单的数学模型描述为——风力发电机组的转动惯量；式中Jtur——风力机的气动转矩；TturT——风力发电机电磁转矩。
em为风力机气动转矩Ttur其中式中ρ——空气密度；β——桨距角；CT——风力机转矩系数；Cp——风能利用系数。
稳态时，当风力机运行在一个最佳叶尖速比λopt 时，有一个最佳功率系数Cpopt与之对应，且转矩系数CT =Cpopt/λopt=CTopt也为常数，此时捕获的风能为最大，为式中S——风轮扫风面积。
稳态时，当忽略摩擦阻力转矩，发电机的电磁转矩应该与风力机气动转矩相等，即式（7-7）是在稳态条件下推导出来的发电机电磁转矩与转速之间的关系，它可以作为用于控制电机转矩的给定值，是发电机转速的函数。
即当风速在额定风速以下时，发电机的电磁转矩按照式（7-12）的关系控制，整个系统就能够实现最大风能的捕获，这就是额定风速以下最大风能捕获的基本原理。
风电体系变流调控策略1引言由于直驱永磁同步风力发电机组与电网之间通过背靠背（双PWM）全功率变流器实现了隔离，在发生电网电压跌落时，如果采取相应的措施，可使风力机与发电机的运行基本不受电网故障的影响，从而使系统在故障消除后能迅速恢复正常工作，因此直驱永磁风电机组在低电压运行能力上相对于双馈风力发电机组具有一定的优越性[1-6]，因而获得了海上风场的青睐。
在直驱风电系统中，传统的控制策略是，机侧变流器实现对永磁同步发电机的无功、有功功率的解耦控制[1-5]，网侧变流器实现输出并网和直流侧电压控制。
当风电机组在额定运行情况下发生电网电压跌落时，变流器的电流将会增加，考虑到变流器热容量有限，必须对变流器的电流进行限制；这样一来就会使得直流母线环输入功率大于输出功率，直流侧电压将会升高。
当电压跌落幅度较大时，如果直流侧不采取措施，就会损坏变流器和直流环电容[5-7]。
目前有许多文献对直驱风电机组在电网故障下的保护策略进行了研究，比较适用的方法是在直流母线上接耗能电阻[2-4]。
有时也通过在机侧变流器和网侧变流器之间设计一个交叉耦合控制器[8]，当出现电网故障时，将故障信号传递到机侧变流器，机侧变流器开始对发电机功率进行控制以避免直流电容器内部的功率剩余。
另外，由于驱动链的扭矩特性，当系统受到激励，如风速变化或端电压变化时，变速风轮的发电机速度容易出现振荡[9,10]。
由于直驱永磁同步发电机的结构特点，不能像传统的方法那样在同步发电机中安装阻尼绕组去抑制速度振荡，因此必须从功率变流器控制方面采取措施。
目前国内直驱风机的控制策略中还未考虑这个问题。
本文提出了一种新的控制策略，即机侧变流器控制直流母线电压Udc和发电机定子电压Us，而用网侧变流器控制流向电网的有功和无功功率[11]，并对电网故障时功率变流器的控制和保护策略进行研究；最后用仿真和实验方法对该控制策略的可行性进行了验证。
2新型直驱风电系统控制策略采用新型控制策略的直驱永磁同步风电系统（DDPMSG）控制框图如图1所示，控制包括两个大部分：桨距角控制系统和功率变换器控制系统。
直驱风力发电机组的控制与优化策略研究一、引言直驱风力发电机组作为新一代绿色能源发电装备，具有高效率、低噪音和环保等优势，在全球范围内受到了广泛关注和应用。
然而，由于其复杂的结构和特性，如何有效地控制和优化直驱风力发电机组的运行成为了目前研究的重点之一。
二、直驱风力发电机组的控制策略1. 变桨角控制策略直驱风力发电机组通过调节桨叶的角度来控制转子的转速和功率输出。
传统的变桨角控制策略主要是根据风速和转子转速来确定桨叶的角度，以实现最佳的功率捕获和悬挂塔顶过载保护。
然而，这种策略在快速变化的气象条件下可能表现出较差的性能。
2. 模型预测控制策略模型预测控制（MPC）策略是一种先进的控制方法，可以对发电机组进行精确的控制。
MPC通过建立数学模型来预测发电机组的动态响应，并根据优化算法来调节桨叶和发电机的参数，以实现最佳的发电效果。
这种策略的优点是能够考虑到多种因素的影响，并进行优化调整，提高发电机组的工作效率。
三、直驱风力发电机组的优化策略1. 转子惯量优化策略转子的惯量直接影响着直驱风力发电机组的响应速度和能量捕获率。
通过优化转子的惯量分布可以改善发电机组的动态性能，提高其运行效率。
常用的转子惯量优化策略包括调整转子的材料和结构，以及改变转子的几何形状。
2. 桨叶设计优化策略桨叶是直驱风力发电机组的核心部件，其设计质量直接影响着发电效果和功率输出。
通过优化桨叶的形态、材料和布局等方面可以提高风能的利用率和功率捕获能力。
常用的桨叶设计优化策略包括采用先进的材料、减小桨叶的风阻、优化桨叶的角度等。
3. 控制器参数优化策略发电机组的控制器参数直接影响着系统的稳定性和控制性能。
通过优化控制器的PID参数或采用先进的控制算法，如模糊控制和神经网络控制等，可以提高系统的响应速度、抗干扰能力和稳定性。
常用的控制器参数优化策略包括使用优化算法进行参数调整和采用自适应控制方法。
四、直驱风力发电机组的挑战与展望1. 复杂的环境条件直驱风力发电机组常常面临复杂多变的环境条件，如风速的快速变化、不确定的风向和气候变化等。
永磁直驱风电机组的双PWM变换器协调控制策略1. 本文概述随着全球能源结构的转型和对可再生能源需求的不断增加，风能作为清洁、可再生的能源之一，在电力生产中扮演着越来越重要的角色。
永磁直驱风电机组（PMSG）因其结构简单、效率高、维护成本低等优点，已成为风力发电领域的研究热点。
在PMSG系统中，双PWM （脉宽调制）变换器的协调控制策略对于提高系统性能和效率具有至关重要的作用。
本文旨在研究和探讨永磁直驱风电机组中双PWM变换器的协调控制策略。
将详细分析PMSG的工作原理和双PWM变换器在其中的作用，以及现有控制策略的优缺点。
接着，本文将提出一种新型的双PWM变换器协调控制策略，该策略通过优化变换器的工作参数，实现更高效的能量转换和更平稳的输出电压。
本文还将通过仿真实验验证所提控制策略的有效性。
仿真结果将显示，相较于传统控制策略，所提策略在提高系统效率、减少功率损耗、增强系统稳定性等方面具有明显优势。
本文将对研究成果进行总结，并对未来研究方向提出展望，以期为进一步提高永磁直驱风电机组的性能和推动风力发电技术的发展提供参考和借鉴。
2. 永磁直驱风电机组系统概述永磁直驱风电机组（Permanent Magnet Synchronous Generator，简称PMSG）作为一种高效、可靠且维护成本较低的风电发电技术，在现代风力发电领域得到了广泛应用。
该系统的主要特点是发电机转子采用永磁体励磁，省去了传统的滑环和电刷结构，实现了直接驱动风轮旋转并同步发电，从而提高了系统的整体效率和可靠性。
永磁直驱风电机组通常包括以下几个关键部分：永磁同步发电机、变桨机构、齿轮箱（在直驱系统中通常省略）、以及用于实现最大功率跟踪和电网兼容性的双PWM变换器系统。
双PWM变换器分别负责直流侧电压调节与交流侧并网控制，通过适当的变换策略，不仅能够确保风电机组在宽风速范围内高效运行，还能够在各种电网条件下实现稳定并网、无功功率补偿及低电压穿越等功能。
